Iron-Based Materials for Solar Energy Conversion Processes
- Reference number
- EM16-0067
- Start and end dates
- 180301-211231
- Amount granted
- 19 007 256 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Solar energy is an unlimited source of renewable energy that has the potential to replace fossil fuels, which are limited and affect the climate negatively. The key to success with solar energy technologies is the properties of the charge-separated states formed by photoexcitation of the material. For large-scale utilisation of solar energy, new earth-abundant and environmentally benign materials have to be developed. We now want to develop iron-based materials that result in superior properties for among other things, the charge-separated state, for the large-scale, environmentally benign and economical use of solar energy conversion technologies. In this way we will get rid of materials that use elements that are poisonous and that there is a scarcity of in the Earth’s crust to enable the use of solar energy conversion technologies on a large scale. We will implement the material that we have designed that gives the optimal charge-separated state properties in solar cells and photocatalysts. For this purpose we will combine molecular design, synthesis and quantum chemical calculations. These materials will be evaluated by developing prototypes and be evaluated with respect of the production of solar electricity and solar fuel. Their function will also be studied by advanced spectroscopic techniques. After 5 years we will have iron-based prototypes ready to be developed into commercial products facilitated by the contact established with industry during this period.
Popular science description
Solenergi är den obegränsade källan till ren och förnyelsebar energi som kan ersätta de klimatpåverkande fossila bränslen vi nu använder. Idag utnyttjas solenergi till en försvinnande liten del och för storskalig användning krävs utveckling av nya effektiva material baserade på grundämnen som är rikligt förekommande och billiga, utan skadliga effekter på människor och miljö. Utveckling av sådana material är målsättningen för detta projekt. Solenergi utgör idag en mycket liten del (0.01 % i Sverige1) av den totala elenergiproduktionen eftersom befintliga solceller resulterar i dyrare elektricitet än den från tex vattenkraft eller kärnkraft. Metoder för direkt omvandling av solenergi till bränsle finns ännu inte. Solcellsforskningen strävar efter att hitta nya billigare material och tillverkningsmetoder, och i solbränsleforskningen arbetar man intensivt med utveckling av katalysatorer (dvs ämnen som påskyndar en (kemisk) process utan att förbrukas) som kan omvandla solljusets energi till ett bränsle med vatten som råvara. Gemensamt för många av dessa material, både för solceller och solbränsleframställning, är att sällsynta, dyrbara eller giftiga grundämnen används som viktiga byggstenar. Material baserade på mer vanligt förekommande och billiga grundämnen, tex järn, har ofta egenskaper som gör dem oanvändbara för solenergiomvandling. Vi har emellertid nyligen visat hur dessa svårigheter kan övervinnas och vår målsättning är nu att bygga vidare på dessa resultat och utveckla nya effektiva material för solceller och solbränsleframställning baserade på bl.a järn, som finns i stor mängd i jordskorpan, är billiga och icke-giftiga. Järnföreningar som kan driva en solcell eller generering av ett solbränsle kommer att framställas genom att manipulera (järn)metallatomernas kemiska omgivning så att fotokemiska egenskaper optimala för solenergiomvandling erhålles. För att åstadkomma detta kombinarar vi expertis vid Lunds Universitet inom organisk kemi för design och framställning av molekyler och material, fotokemi och spektroskopi för karakterisering av materialegenskaper och ljusinducerade reaktioner, teoretisk kemi för materialprediktion och tolkning av experimentella resultat, samt mikroskopi för strukturstudier.