Opis projektu
Poprawa wydajności konwersji promieniowania podczerwonego na energię
Promieniowanie podczerwone stanowi prawie połowę energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi, jednak zwykle przechodzi ono niezauważone przez materiały fotowoltaiczne, z których zbudowane są ogniwa słoneczne. Prace prowadzone w ramach finansowanego ze środków UE projektu PAIDEIA mają przynieść poprawę konwersji podczerwonej części promieniowania słonecznego na energię. W tym celu wykorzystane zostaną domieszkowane nanokryształy półprzewodnikowe o regulowanej odpowiedzi plazmonicznej w zakresie fal o długości 800–4 000 nm. Prace nad uzyskaniem wysokowydajnego ogniwa słonecznego zakładają przetestowanie trzech różnych konfiguracji. Docelowo w ramach projektu planowane jest opracowanie tandemowego ogniwa słonecznego, które połączy w sobie wydajność zwykłej konwersji energii dostępnego komercyjnie krzemowego ogniwa słonecznego z nowym urządzeniem, które ma być wynikiem prac prowadzonych podczas trwania projektu. Badacze pragną uzyskać całkowitą sprawność konwersji energii słonecznej na poziomie 30 %.
Cel
Earth is inhabited by an energy hungry human society. The Sun, with a global radiation at the ground level of more than 1 kW/m^2, is our largest source of energy. However, 45% of the total radiation is in the near infrared (NIR) and is not absorbed by most photovoltaic materials.
PAIDEIA focuses on two main advantages aiming to enhance the capacity of solar energy conversion:
i) plasmon assisted hot carriers extraction from NIR plasmonic materials;
ii) linewidth narrowing in plasmonic nanoparticle films that enhances the lifetime of hot carriers and, thus, boosts the efficiency of light driven carrier extraction.
Instead of metals, which operate mostly in the visible region, we will make use of doped semiconductor nanocrystals (DSNCs) as hot electron extraction materials possessing a plasmonic response tunable in the range 800 nm – 4000 nm. Three different innovative architectures will be used for improved device performance: i) improved Schottky junctions (DSNC/wide band gap semiconductor nanocomposites); ii) ultrathin devices (DSNCs/2D quantum materials); iii) maximized interface DSNC/semiconductor bulk hetero-Schottky junctions.
By combining both concepts in advanced architectures we aim to produce a solar cell device that functions in the NIR with efficiencies of up to 10%. A tandem solar cell that combines the conventional power conversion efficiency, up to ~1100 nm, of a commercial Si solar cell (~20%) with the new PAIDEIA based device is expected to reach a total power conversion efficiency of 30% by extending the width of wavelengths that are converted to the full spectral range delivered by the Sun. PAIDEIA has a deeply fundamental character impacting several areas in the field of nanophysics, nanochemistry and materials processing and, at the same time, having a high impact on the study of solar energy conversion. Finally, PAIDEIA will provide answers to the fundamental questions regarding the physical behaviour of plasmonic/semiconductor interfaces.
Dziedzina nauki
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsrenewable energysolar energy
- engineering and technologynanotechnologynano-materialsnanocrystals
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsenergy conversion
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
10129 Torino
Włochy