Projektbeschreibung
Neuartige elektromagnetische Moden steigern Leistung lumineszierender Solarkonzentratoren
Eine Vergrößerung der Fläche, auf der wir die Sonnenstrahlen zur Stromerzeugung einfangen, könnte unsere Energieerzeugungskapazität erheblich steigern. Lumineszierende Solarkonzentratoren sind transparente Glas- oder Kunststoffplatten mit eingebetteten lumineszierenden Werkstoffen, die Licht absorbieren und dann fluoreszieren, wodurch ein Leuchten entsteht, das sich an den Rändern dieser Solarkonzentratoren auf die Solarzellen überträgt. Ihre Kombination aus großflächigem, preiswertem Sammelmaterial und kleinflächiger, teurer Solarzellentechnologie birgt großes Potenzial, aber die Wellenleiterverluste haben ihre Größe auf wenige Zentimeter begrenzt. Im Rahmen des vom Europäischen Forschungsrat finanzierten Projekts HyMoCo wird ein neuartiger Wellenleiter konzipiert, der sogenannte Hybridknotenmoden mit extrem niedrigen Wellenleiterverlusten nutzt, um eine beispiellose Effizienz, Größe und Kosten zu ermöglichen.
Ziel
The meaning of solar energy for future decentralized power supply will largely depend on both efficiency and cost of solar to electrical power conversion. All kinds of conversion strategies including photovoltaics, concentrated solar power, solar to fuel and others would benefit from efficiently collecting solar power on large areas. For this reason luminescent solar concentrators have been developed for over thirty years, but due to waveguide losses their maximum size is still limited to a few centimeters.
The proposed project suggests the exploitation of a new type of electromagnetic waveguide in order to realize passive planar concentrators of unsurpassed collection efficiency, size, concentration, lifetime and costs.
A dielectric TE1-mode shows a node, a position in the waveguide where no intensity is found. A thin film placed in this node remains largely “invisible” for the propagating mode. Such dielectric node modes (DNMs) have been investigated by the applicant in previous work, but only recently a silver island film (SIF) was for the first time placed in such a node. The resulting extremely low waveguide losses cannot be explained by our current understanding of waveguide modes and hint to a hybridization between the SIF-bound long-range surface plasmon polaritons (LRSPPs) and the DNMs into what we call hybrid node modes (HNMs).
The SIFs strongly interact with incident light. An appropriate nanopatterning of SIFs enables efficient excitation of low-loss HNMs modes collecting solar power over square meters and concentrating it. To achieve this goal new technological methods are used that enable patterning on the nanometer scale and low cost roll-to-roll processing at the same time. New measurement techniques and numerical simulation tools will be developed to investigate the HNMs – a novel kind of electromagnetic modes – and their exploitation in the passive solar concentrators.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energysolar energy
- engineering and technologymaterials engineeringcoating and films
- engineering and technologynanotechnologynano-materialsbulk nanostructured materials
- natural sciencescomputer and information sciencessoftwaresoftware applicationssimulation software
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physics
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
42119 Wuppertal
Deutschland