Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Functionalization of conducting oxides by ion beam and defect engineering

Alternativ tittel: Funksjonalisering av ledende oksider ved hjelp av ioneimplantasjon og defekt manipulering

Tildelt: kr 9,9 mill.

En av våre mest sentrale fremtidsutfordringer er å sikre global tilgang til ren energi. Det er ventet at energiforbruket vil dobles innen 2050, og at etterspørselen av elektrisitet vil tredobles. Høsting av ren solenergi ved hjelp av solceller er et av de beste alternativene vi har, og de siste årene har industriell produksjon av silisium-solceller skutt fart. Effektiviteten til disse solcellene er begrenset, og det er internasjonalt stor forskningsaktivitet for å forbedre både strømproduksjon, distribusjon, og lagring. Målet med dette prosjektet er å øke effektiviteten til silisiumbaserte solceller og redusere produksjonskostnadene gjennom å bruke lett tilgjengelige og miljøvennlige materialer. Vi vil skreddersy egenskapene til sinkoksid (ZnO) og galliumoksid (Ga2O3) ved å bruke halvledende nanopartikler. Oksidet kan da bidra til å absorbere mer sollys, og samtidig fungere som en gjennomsiktig elektrisk leder. Dette materialet vil deretter brukes i en større celle som kan integreres med dagens silisiumsteknologi, og dermed øke solcellens effektivitet. Vi har studert dannelsen av halvledende germanium- og jernrike partikler i sinkoksid, og hvordan disse partiklene absorberer lys i den synlige delen av spekteret. Spesielt de jernrike partiklene har vist seg å være velegnet til å høste energi på riktig bølgelengde. Vi har derfor gått videre for å undersøke hvordan slike partikler kan dannes i tynne filmer av sinkoksid som så kan kombineres med eksisterende Si-solcelleteknologi. Våren 2023 starter vi arbeidet med å lage en demonstrator for å teste den totale effektiviteten til et slikt system. Denne delen av prosjektet har så langt blitt beskrevet i 7 konferansebidrag, tre masteroppgaver, og to vitenskapelige artikler. Videre har vi jobbet med modifikasjon av galliumoksid ved hjelp av ione-implantering hvor høyenergetiske ioner av Si, Ge, Au, og Ni blir introduser i enkrystaller av galliumoksid. Gjennom denne ione-implanteringen og etterfølgende varmebehandling kan vi styre sammensetning, krystallstruktur, og partikkeldannelse, og derigjennom hvordan materialet absorberer lys. Resultatene fra disse studiene har blitt presentert i tre konferansebidrag og to vitenskapelige artikler. I en siste del av prosjektet har vi jobbet med metalliske nanopartikler og hvordan de absorberer lys gjennom eksitasjon av plasmoner. Dette er et alternativ til å absorbere lys gjennom de halvledende partiklene beskrevet tidligere hvor vi kan justere hvilke energier som absorberes gjennom å kontrollere sammensetning og geometri på partiklene. Dette arbeidet har resultert i to konferansebidrag og en tidsskriftsartikkel.

-

A paramount challenge facing our common global future is access to sufficient supply of clean energy. Global energy demand is expected to double by year 2050 and the electricity demands will even triple. In this respect, solar energy conversion using PV is an outstanding alternative and a large scale industrial sector has emerged, almost exclusively based on silicon-technology. However, the performance of Si solar cells is fundamentally limited by their conversion efficiency. Hence, disruptive innovations are required for further (and true) penetration of fossil-free energy production, but also for storage, conversion and distribution. Different concepts have been suggested to overcome the Shockley-Queisser limit for conversion efficiency, such as implementation of high cost tandem cells, introduction of impurity band and intermediate band devices, hot electron extraction, and carrier multiplication (CM). An intriguing approach is to join one or more of these new concepts with the prevailing silicon technology. For instance, there is today a trend towards replacing the isolating Si-nitride-based anti-reflective (AR) coating with a transparent conductive oxide (TCO) layer; as a result, charge collection is enhanced and shadowing effects caused by the contact metal fingers are reduced. Moreover, this also opens up a multitude of possibilities to add new functionalities utilizing oxide semiconductors. The objectives of FUNCTION target increased efficiency of PV (solar cells), reducing costs, and improving energy efficiency through the use of abundant (environmental-friendly) materials. This will be achieved by tailoring the properties of a ZnO TCO through the introduction of semiconducting nanoparticles, and integrating it into a larger heterostructure device compatible with the existing Si-based technology.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale