Nanotråde til bæredygtig, vedvarende energi

Nylige undersøgelser har afsløret, at halvleder -nanotråde tilbyder unikke fordele til en lang række applikationer. Et EU-finansieret projekt bryder ny vej i udviklingen mod bæredygtig og effektiv energihøst ved at udnytte de usædvanlige egenskaber ved disse små, men stærkt kontrollerede strukturer.

Med radikale nye teknologier, der ændrer den måde, hvorpå elektricitet bliver produceret og brugt, et af de vigtigste spørgsmål vil være at øge effektiviteten og reducere omkostningerne ved produceret energi.

Nanoteknologi åbner fundamentalt nye veje til at løse ovenstående udfordringer. I særdeleshed, halvleder nanotråde hyldes som værende et revolutionerende supermateriale, der kan øge omkostningseffektiviteten, samtidig med at mængden af ​​materiale, der er nødvendig til energiomdannelse, reduceres.

Ansporet af det spændende potentiale ved nanotråde, forskere etablerede PHD4ENERGY -projektet. Projektet gav mulighed for at 12 ph.d. studerende til at gennemføre tværfaglig forskning inden for nanovidenskab.

Multi-junction solceller, lysdioder uden fosfor

I løbet af de sidste år, forskning på halvleder nanotråde har hjulpet med at forbedre forståelsen af ​​atomskala struktur og afsløre nye fysiske fænomener på nanometer skala. "Halvleder nanotråde giver mulighed for nemt at kombinere materialer i epitaksial vækst. F.eks. dette giver mere frihed i materialevalg ved design af multi-junctions eller heterostrukturer i modsætning til plane enheder og kan således føre til højere effektivitet i enklere strukturer, " konstaterer professor Linke Heiner.

"Mikrorevner, der dannes i plane solcellemoduler, når materialer ikke passer sammen, er en af ​​hovedkilderne til energitab, " forklarer Heiner yderligere. Andre fordele ved brug af nanotråde omfatter evnen til at finjustere deres interaktion med lys. Nanostrukturer er effektive lysabsorbere og kan fungere som 'antenner', høster langt mere lys og kan derfor bruge langt mindre materiale, øge bæredygtigheden. Det faktum, at de kan trække lys ind fra omkring dem, baner vejen for storskala solcelleanlæg, der kun bruger en brøkdel af materialet.

Udnytter den lille diameter og den cylindriske geometri af små ledninger lavet af III-V halvledere, projektteamet har med succes designet unikke enhedsstrukturer såsom aksiale og radiale heterojunctions. Fordelen ved denne tilgang er, at de ledende egenskaber kan moduleres langs længden eller på tværs af nanotrådens radius. En anden vigtig præstation i retning af højeffektiv, nanotrådbaserede multi-junction solceller omfatter design af nanotråd tunneldioder kendt som Esaki dioder til brug i tandem solceller.

En væsentlig del af deres arbejde var rettet mod design af LED-strukturer i nanometerstørrelse. For LED'er med synligt lys, III-nitriderne - indium galliumnitrid - er meget velegnede med båndgab i det synlige område af fotonenergier. Disse fosforfrie lysdioder hjalp med at opnå længere bølgelængde lysemission for hvidt lys.

Forskere har også udført grundige undersøgelser af fordelagtige termoelektriske egenskaber med nanotråd. For eksempel, de viste for første gang i forsøg, at varme kan omdannes til elektricitet med en elektronisk effektivitet på niveau med optimerede kraftværkers.

I låst trin med alle ovenstående applikationsmålrettede aktiviteter, ph.d. studerende udforskede også sikkerheden af ​​deres nanotråde, kontrollere for potentiel toksicitet.

PHD4ENERGY undersøgte nye koncepter og teknologier, der viser vejen mod udvikling af næste generation af solcelleanlæg og effektive lyskilder. Med fokus på beskæftigelsesegnethedsperspektiver for doktorgradsholdere, projektet fremmede samarbejdet mellem studerende og industrien gennem et uddannelsesprogram på Lunds Universitet.

En stor succes var også 2016 Ph.D.4Energy Summer School om nanoskala energikonvertere, der var vært for fremragende og internationalt synlige inviterede foredragsholdere. Dette deltog i et stort antal kandidatstuderende og post-docs.