Organoplasmonisk fototermoelektronik för energiutvinning
- Diarienummer
- ICA14-0027
- Start- och slutdatum
- 150901-180831
- Beviljat belopp
- 3 995 752 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Den föreslagna forskningen är fokuserad på att utforska ett nytt koncept för förnybar energiutvinning. Principen bygger på att använda ljusinducerad plasmonuppvärmning i metallnanostrukturer för att driva organiska termoelektriska system. Plasmonuppvärmning är en naturlig konsekvens av metallnanostrukturers exceptionella förmåga att absorbera ljus genom excitation plasmoner, som är kollektiva elektronsvängningar i metallen. När svängningarna avtar så avges värme lokalt till närmiljön, vilket gör metallnanostrukturer ideala som ljusstyrda ultrasmå värmekällor. I det föreslagna projektet kommer plasmonuppvärmning användas för att skapa höga temperaturskillnader över tunna organiska termoelektriska filmer. Värmen omvandlas i sin tur till elektricitet genom att laddningsbärare i de organiska filmerna termodiffunderar från ena sidan av filmen till den andra. Organiska termoelektriska material har nyligen visats vara särskilt lovande för utveckling av en ny generations billig och miljövänlig termoelektronik, och kommer även användas eftersom att de de är kompatibla med utveckling av tunna och flexibla system. Förutom utveckling av en ny typ av hybrid organoplasmonisk solcell förväntas vår tvärvetenskapliga forskning leda till nya mät- och tillverkningsmetoder, samt bidra med grundläggande insikter i gränslandet mellan plasmonik, organiska polymerer och termoelektronik.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.