Organoplasmonic photothermoelectrics for energy harvesting
- Reference number
- ICA14-0027
- Start and end dates
- 150901-180831
- Amount granted
- 3 995 752 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The proposed research will focus on exploring a novel concept for renewable energy harvesting. The principle utilizes light-induced plasmonic heating in metal nanostructures to power organic thermoelectric devices. Plasmonic heating is a natural consequence of the exceptional ability of metal nanostructures to absorb light through excitation of plasmons (collective electron oscillations in the metal). Plasmon decay results in heat dissipation to the local environment and this makes metal nanostructures ideal as light-controlled nanoscale heat sources. In this project, plasmonic heating will be used to create high temperature differences over thin organic thermoelectric films. This will cause charge carriers in the organic materials to thermodiffuse from one side of the film to the other, such that the plasmon-induced heating can be converted to electricity. Organic conducting materials are particularly promising for a new generation of inexpensive and environmentally friendly thermoelectrics, and will also be used in this research because they are compatible with development of thin and flexible devices. Apart from the exploration of this novel type of hybrid organoplasmonic solar cell, our interdisciplinary research is also expected to provide new fabrication and measurement techniques, and to contribute with important fundamental insights at the interface between plasmonics, organic polymers and thermoelectrics.
Popular science description
Förnybar energi utgör en central del i ett modernt hållbart samhälle, där solljus, vind och vågor är viktiga exempel på energikällor. En annan intressant möjlighet är att alstra elektricitet från temperaturskillnader över olika material. Det kan exempelvis vara skillnader i temperatur mellan olika delar i en motor, mellan kropp och omgivning, eller mellan olika områden av en vattenslang. Principen kallas termoelektricitet och bygger på att elektroner och andra laddningsbärare har en tendens att röra sig från varmare till kallare områden, vilket kan användas för att generera en elektrisk ström. Omvandling av värme till elektricitet genom den termoelektriska effekten används i dag inom vissa specialområden, till exempel i rymdfarkoster, men principen har stor potential att bidra även mer lokalt, genom att generera elektricitet från spillvärme i bilar, kraftverk och andra processer. Organiska ledande polymerer har nyligen visats särskilt lovande för utveckling av en ny generations billiga och miljövänliga termoelektriska system, och de är dessutom kompatibla med flexibla material såsom plaster, papper och tyg. I vår forskning planerar vi att kombinera organisk termoelektronik med de speciella optiska egenskaperna hos nanoguld. Nanopartiklar och andra nanostrukturer av guld har en exceptionell förmåga att absorbera ljus genom excitation av så kallade plasmoner. Plasmoner är elektronsvängningar i guldet och när dessa svängningar avtar så avges värme till den närliggande omgivningen. På så sätt kan nanoguld användas för att omvandla ljus till värme mycket lokalt i små volymer eller tunna filmer. Vi är intresserade av att använda sådan plasmonuppvärmning för att driva organiska termoelektriska system i en ny typ av solcell där ljus omvandlas till elektricitet via värme. Förutom den direkta nyttan av tänkta applikationer förväntas forskningen leda till nya upptäckter och insikter inom bland annat områdena för organisk elektronik, plasmonik och termoelektronik.