“Kui kogu töö veel ees oli, ei teadnud ma, kuhu see lõpuks välja jõuab ning julgesin rohkem igasuguseid asju kokku lubada ja välja öelda. Nüüd olen muutunud ma selles osas natukene konservatiivsemaks. Ma ei saa enam nii naiivne olla, seda projekti on päris raske ellu viia,” sõnas Katriin Reedo, väitekirja autor ja TTÜ doktorant-nooremteadur. Kerge eluterve skepsis ei sündinud tühjalt kohalt.
Plahvatavad ahjud
Kui laiemate masside jaoks kergemini hoomatav nägemus Kuu regoliidil laiuvatest päikeseparkidest võib kõlada konverentsilaval haaravalt ja poeetiliselt, kujutas laboriargipäev endast tihtilugu kontrollitud kaost. Katrin Reedo nentis, et tema uurimistöö oli kõike muud kui sirgjooneline edulugu. “Üldse on minu doktorantuuri jooksul juhtunud väga palju katastroofilisi olukordi, kus asjad on reageerinud nii, nagu nad võib-olla ei peaks,” meenutas nooremteadur.
Kujutleda võib näiteks olukorda, kus teadlane tellib heas usus väidetavalt 99,99-protsendilise puhtusega raudjodiidi, lootuses kasutada kvaliteedipitseriga toorainet hädavajalikeks alusuuringuteks. Reaalsuses oli aga purgis olev jood rauast eraldunud. “Kui seda ainet sünteesis kasutasime, käisid suured plahvatused ja meie katsed hakkasid ahjus lõhkema,” kirjeldas Reedo.
Sõltuvalt täpsest elemendist võib olla iga komakoht kemikaali puhtusastmes elulise tähtsusega. Põhjus peitub päikesepaneelide alusfüüsikas – selles, kuidas valgusest sündinud elektrilaeng materjali sees liigub. Keskset rolli mängivad selle juures kristalliidid, nanoskoopilised piirkonnad, kus materjali kristallvõre on ideaalselt korrapärane.
Paraku kipuvad olema kilelistes materjalides need lapid imepisikesed. “Isegi ühes tillukeses kristallis võib olla kümneid erinevaid piirkondi,” märkis Reedo. Probleem tekib nende piirialadel. “Nendes kokkupuutepindades on kristallvõre katkenud ja hakanud teistpidi kasvama. Piirjoontes on hästi palju defekte, mis muudab need ühelt poolt huvitavaks, kuid laengukandjad võivad seal kombineeruda,” lisas nooremteadur.
Lihtsamalt öeldes on iga defekt, soovimatu võõraatom või kristallivõre murdekoht elektronide jaoks justkui keset teed seisev laternapost, mille otsa päikeselt hoo saanud elektronid massiliselt pea ees joosta saavad. Selle asemel, et vooluvõrku jõuda, põrkavad nad oimetuna tagasi ja kogu nende vaevast jääb järele vaid raisatud energia soojuse kujul.
See kiletehnoloogia puudus on üks peapõhjustest, miks pole suutnud ka maailma teised laborid vormida püriiti tõhusaks päikesepaneeliks.
Dresseerides kassikulda
Tallinna Tehnikaülikoolis üritatakse seljatada probleemi monoteratehnoloogiaga. Ainulaadne meetod võimaldab sulasoolade keskkonnas saavutada äärmiselt tõhusa materjaliülekande, kasvatades oluliselt vähemate murdumiskohtadega kristalle. “Mõnes teises laboris mujal maailmas poleks ma selle peale ilmselt tulnud. Püriidi puhul oli see eriti põnev, sest seda ei olnud kunagi niimoodi rakendatud,” sõnas Katrin Reedo. Teisalt tähendas see, et puudus ka igasugune eelnev teadmine selle materjali käitumisest sulasoolades.
Võtmerolli mängib siinkohal legeerimine. Selleks, et päikesepaneel suudaks valgust püüda ja sellest elektrivoolu tekitada, on vaja materjalis luua spetsiifiline elektriline tasakaalutus, mida teadlased nimetavad p-tüüpi juhtivuseks. See on üks materjaliteaduse peenematest kunstidest, kujutades endast sihipärast ja äärmiselt täpselt välja rihitud võõraatomite istutamist muidu puhtasse kristallivõresse.
Kui varem mainitud materjali sattunud juhuslikke keemilisi saasteaineid võis võrrelda teele pandud laternapostidega, siis legeerimisel lisatud aatomid avavad justkui uusi sõiduradu. Need tekitavad materjali sisse nii-öelda tühje auke, kuhu elektronid kordamööda hüpata saavad, pannes nii kogu liiklusvoo lõpuks sujuvalt vooluvõrgu poole liikuma.
Reedo esialgne eesmärk oligi leida viis, kuidas kapriisset kassikulda lollikindlalt legeerida. Siin põrkus aga noore teadlase entusiasm vastu teaduse halastamatut reaalsust. Ajutisena paistnud tagasilöök kasvas aastaid kestnud frustratsiooniks.
“Jõudsin vahepeal mõelda, et võib-olla see ei olegi võimalik,” meenutas Reedo oma nelja-aastase doktorantuuri esimesi pimeduses kobatud aastaid. Ebaõnnestumised toitsid omakorda akadeemilise maailma ühe kurnavama deemoni, kurikuulsa publish or perish (avalda-või-hävi) kultuuri ängi.
“Doktorantuuris painab lihtsalt see suur sõltuvus publikatsioonidest. Paistab, nagu su elu sõltuks sellest, kas saad neid piisaval hulgal avaldatud,” tunnistas nooremteadur. Kaalul pole vaid eneseuhkus: piisava arvu teadusartikliteta pole lootust nominaalajaga lõpetada ega doktoritööd kaitsta, halvemal juhul võib kaduda ka labori rahastus.
Madalpunktis sündis lõpuks teadusartikkel, mis käsitleski puhtalt seda, kuidas kassikulda legeerida ei saa. “See tuli raskelt: ühel hetkel tekkis mul isegi tunne, et niisugust tööd ei peaks doktorantuuri tasemel avaldama,” meenutas Reedo.
Kadalipp on tuttav paljudele uurijatele, sest teaduskirjastamise globaalne masinavärk januneb esmajoones säravate läbimurrete järele. Negatiivsed, olgugi et teiste laborite aega ja ressursse säästvad tulemused, põrkuvad sageli toimetuste nähtamatute filtrite vastu.
Keemiline salakaubavedu
Viimase, pöörde toonud artikliga läks libedamalt. Kuigi idee kasutada legeerimiseks fosforit pärines teaduskirjandusest, tuli meetod selle rakendamiseks Tallinna Tehnikaülikooli laborites ise nullist välja töötada. Loogilisena tundunud otsetee kasutada puhast fosforit osutus termodünaamiliseks tupiktänavaks. Katrin Reedo töörühm pidi seejärel süstemaatiliselt läbi katsetama hulga erinevaid strateegiaid.
Lahendus peitus keemilises salakaubaveos. Teadlased leidsid vaheühendi, raudtetrafosfiidi, mis suutis kapriissete koos fosforiaatomitega äärmuslikes oludes ellu jääda, need turvaliselt kristallivõreni kanda ja sellesse märkamatult sisse sööta. “Tagasi vaadates on mu doktoritöö läbilõige sellest, kuidas ma kasvasin: esimesed artiklid ja peatükid on veel konarlikud ja natuke pimeduses ringi kobamine, aga siis lähevad need täpsemaks. Viimane, fosforiga legeerimist käsitlev artikkel on juba viisakam,” leidis nooremteadur.
Reedo rõhutas siinkohal juhendajate ja laiema tugivõrgustiku vajalikkust, mis aitab pingelisema aja üle elada. Akadeemilises maailmas pole sugugi haruldane, et doktorant tegutseb suures osas isolatsioonis. “Mõned kolleegid räägivad, kuidas nad vahetavad oma juhendajaga ühe e-kirja nädalas ja saavad korra kuus näost näkku kokku. Meie oleme aga iga päev samas laboris ja juhendaja olid on asjaga väga seotud,” märkis noorteadlane.
Igapäevane kohalolu ei tähendanud pelgalt moraalsest õlalepatsutust, vaid oli osa akadeemilisest kasvukõverast. “Alguses vajasin seda rohkem ja ma ei julgenud ise selle töö suhtes kõiki otsuseid vastu võtta. Hiljem tahtsin juba natuke tiibu sirutada,” sõnas Reedo.
Ühtlasi andis see vabaduse läbida oma akadeemiline lapsepõlv multipraktikuna, kes valdab uurimistöö igat etappi. “Nägin vajadust kõiki meie rühma tegevusi ise osata ja läbi viia – neid kõiki mõõtmis- ja sünteesitehnikaid ning tulemuste analüüsi. Artiklite arvu on niimoodi keerukam täis saada, kuid see on samal ajal meeldivam. Mõneti on see puhtalt doktorantuuri luksus. Hiljem pead paratamatult spetsialiseeruma, sest sa ei jõua lihtsalt kõike üksinda teha,” tõdes nooremteadur.
Kauge Kuu ja lapsepõlve lõpp
Tööd jagub. Laias vaates kujutab valminud valgust neelav ehk absorberkiht kassikullal põhinevate ja Kuul reaalselt voolu tootvate päikesepaneelide valmistamiseks alles esimest sammu. “Päikesepaneel koosneb paljudest materjalikihtidest. Nüüd, kui valgust neelav kiht on valmis, on vaja ka kõik muu välja arendada,” tutvustas Reedo järgmisi samme. Kõige lõpuks peab seade moodustama terviku, mis suudab vastu panna nii kosmose karmidele tingimustele kui ka äärmuslikele temperatuuridele.
Kõigele lisaks peab lõpptulemus andma selge eelise traditsioonilisemate ränipaneelide ees. Praegu on haaranud viimased turul absoluutse monopoli ja tänu aastakümnete pikkusele arendustööle on neil ka hiiglaslik edumaa. Puhas pragmaatilisus dikteerib ka erasektori käitumist. “Võimalusi Kuul elektri tootmiseks uurivad praegu paar ettevõtet, kes on samuti just räni ette võtnud. Need on firmad, millel on vaja toodet ja ruttu,” sõnas Reedo.
Akadeemilises maailmas on aga privileeg vaadata kaugemale ja võtta suuremaid riske. “Teadlastena on meil rohkem vabadust uurida vähem tuntud ja vähem turuvalmis materjale, millel võivad olla muud eelised,” selgitas nooremteadur.
Kõigele lisaks on ränil oma Achilleuse kand. Ehkki tänu mastaabisäästule on ränipaneelide hind viimase kümnendiga hüppeliselt kukkunud, läheb räni puhastamiseks ja töötlemiseks tarvis tuhandetesse kraadidesse ulatuvaid temperatuure ja ulatuslikku infrastruktuuri. Seetõttu näebki Reedo töörühm elulist potentsiaali alternatiivides, mida saaks tulevikus sünteesida madalamatel temperatuuridel otse kohalikust kuutolmust ehk regoliidist.
Ära ei saa unustada ka geopoliitilist mõõdet. Päikesepaneelidesse sobivast polükristallilisest ränist tuleb Hiinast praegu üle 93 protsendi. Maapealseteks rakendusteks saaks püriiti kaevandada aga Euroopas.
Vajadust alternatiivide järel tajutakse kõrgemal tasemel. Reedo akadeemiline teekond oli vormistatud tööstusdoktorantuurina, kus partneriks oli Euroopa Kosmoseagentuur. Kuigi igapäevane seotus agentuuriga polnud ülemäära tihe, andis see laboritööle täiendava rakendusliku raami.
“Käisin seal kolmel erineval perioodil aega veetmas ning tegin nende laborites mõõtmisi ja analüüse. Minu näide ei ole päris tüüpiline tööstusdoktorantuur, sest tegelikult ma peaksin selles asutuses töötaja olema. Hoidsime pigem sealset kaasjuhendajat oma edusammudega kursis ja tema on öelnud, et oleme väga tublid. Ta oli rohkem sellises ülevaataja rollis,” selgitas nooremteadur.
Iseolev enesekindlus
Pealtnäha lihtne ja toetav dünaamika pole teadusmaailmas iseenesestmõistetav. “Arvan, et mul on väga palju vedanud. Ma olen väga heas laboris ja mul on väga head kolleegid, kes kõik aitavad üksteist,” sõnas Katrin Reedo. Mitmete tuttavate käest on ta samas kuulnud, et naisinsenerid peavad ennast tööl rohkem kehtestama.
“See on väga naljakas. Tunnetan, et naisteadlasi on juba täitsa palju, aga kasvõi mu enda juhendajate ja oponentide tähtsal õhtusöögil on peale minu praktiliselt kõik mehed,” muigas nooremteadur. Tähelepanekut toetab statistika.
Kuigi Eestis astub doktorantuuri rohkem naisi kui mehi, moodustasid näiteks 2024. aastal Eesti ülikoolide professoritest ja kaasprofessoritest naised 38 protsenti. “Arvan ja kardan, et naistel on lisaks tööalastele kohustustele palju muid vastutusi ja võib-olla ei valita neid seetõttu kõrgematele positsioonidele sama kaaluga,” nentis Reedo
“Ehk saab selle kanda osaliselt rühmakuuluvusele: mehed valivad mehi ja naised valivad naisi. Meie instituudi direktor on samas väga vinge naisprofessor, nii et loodab et see läheb niimoodi edasi. Naispresident on Eestis olnud, äkki saab Tehnikaülikool endale kunagi naisrektori või naine Teaduste Akadeemia etteotsa,” mõtiskles nooremteadur.
Samas uskus Reedo, et lihtsalt niisama naised pildile ei pääse. “Jalaga ukse lahtilöömine ja suur enesekindlus on see, mis naisi kõrgematel positsioonidel edasi viib, ja esialgu saab seda enesekindlust väga hästi teeselda. Tudengisatelliiti juhtides sattusin tänu sellele tähtsamate laudade taha. Keegi ei kahtle, et naised on väga nutikad ja arukad, kuid selle hääle kuuldavaks tegemiseks peab ise oma arvamust julgemalt ja kõvemalt välja ütlema,” leidis Reedo. Oluline roll on siinkohal eeskujudel, olgu selleks naispresident, naispeaminister või keegi muu.
Täpselt samamoodi ei tohiks oma saavutusi ega ränka tööd ise maha teha ning selle eest vastutus võtta. “Olen tahtnud ise alati palju teha ja palju jõuda. Samal ajal poevad päris mitmed teadlased petturisündroomi taha, vihjates, kuidas nemad pole midagi piisavalt ära teinud või tunnevad, et nad pole olnud piisavalt tublid,” tõdes nooremteadur.
Teisalt peab leppima, et sihikindlalt pingutades on maailmal mõnikord oma plaanid. “Eriti tundsin ma seda siis, kui võitsin “Naised teaduses” stipendiumi. Juba meie laboris on palju vingeid, võimsaid ja ägedaid naisi, kes on mind õpetanud. Ma ei tunne kuidagi, et olin seda auhinda väärt rohkem kui nemad. Mõnikord peab olema õigel ajal õiges kohas ja mõnikord peab elus vedama ka,” sõnas Katriin Reedo.
Tutvu doktoritööga Tallinna Tehnikaülikooli digikogus. Uurimistööd juhendas Tallinna Tehnikaülikooli materjali- ja keskkonnatehnoloogia instituudi doktor Taavi Raadik, kaasjuhendajad oli sama instituudi teadlane doktor Mare Altosaar. Oponendid olid doktor Rokas Kondrotas Vilniuse Füüsika- ja Tehnoloogiakeskusest (FTMC) ning professor Vambola Kisand Tartu Ülikooli füüsika instituudist.