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Hybrid Node Modes for Highly Efficient Light Concentrators

Description du projet

De nouveaux modes électromagnétiques améliorent les performances des concentrateurs solaires luminescents

L’augmentation de la surface de captage des rayons du Soleil en vue de produire de l’électricité pourrait considérablement accroître notre capacité de production d’énergie. Les concentrateurs solaires luminescents (LSC pour «luminescent solar concentrator») sont des feuilles de verre ou de plastique transparentes dans lesquelles sont incorporés des matériaux luminescents qui absorbent la lumière et deviennent fluorescents, créant ainsi une lueur qui se propage jusqu’aux cellules solaires sur les bords des LSC. La combinaison d’un matériau collecteur peu coûteux sur une grande surface et d’une technologie de cellule solaire coûteuse sur une petite surface présente un grand potentiel, mais les pertes dans les guides d’ondes ont limité leur taille à quelques centimètres. Le projet HyMoCo, financé par le Conseil européen de la recherche, développera un nouveau guide d’ondes exploitant les modes de nœuds hybrides avec des pertes de guide d’ondes extrêmement faibles pour permettre une efficacité, une taille et un coût inégalés.

Objectif

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.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

BERGISCHE UNIVERSITAET WUPPERTAL
Contribution nette de l'UE
€ 1 485 000,00
Adresse
GAUSS-STRASSE 20
42119 Wuppertal
Allemagne

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Région
Nordrhein-Westfalen Düsseldorf Wuppertal, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 485 000,00

Bénéficiaires (1)