Energiteknologi og effektivitet

Termoelektriske generatorer

Termoelektriske generatorer er apparater som genererer elektrisitet fra en forskjell i temperatur. Slike generatorer kan brukes til å generere strøm fra tidligere ubrukte kilder, som overskuddsvarme fra industri og geotermisk varme fra havbunnen. Teknologien har vært tilgjengelig i flere tiår [1], men effektiviteten til generatorene er så dårlig at det ikke er lønnsomt å bruke dem [2]. En stor del av forskningen på området ser for tiden på muligheter for å bruke nanoteknologi for å øke effektiviteten til slike apparater, som kan utnytte miljøvennlige energikilder i fremtiden [3].

Piezoelektrisitet

Piezoelektrisitet er en annen spennende teknologi som er under utvikling ved hjelp av nanoteknologi. Piezoelektriske materialer kan generere elektrisitet fra mekanisk energi. Dette gir mange muligheter, hvor et eksempel er sko brukt til å produsere energi mens en person går [2]. Slike smarte løsninger kan benyttes til å produsere små menger elektrisitet, som for eksempel kan benyttes til å lade batterier. Dette kan ha betydelige muligheter for å benyttes i håndholdt elektronikk.

Solceller

Solceller er enheter som konverterer energien i sollys til elektrisk energi. De mest vanlige solcellene er silisium baserte singlejunction solceller. Disse solcellene virker ved at lys eksiterer elektroner fra valensbåndet til ledningsbåndet. Disse elektro-nene drives gjennom en ytre krets av et elektrisk felt som oppstår over pn-junction i solcellen. Per dags dato er den høyesteeffektiviteten oppnådd for silisium baserte single junction solceller 26,3 % [4], som ikke er langt i fra den teoretiske effektivi-tetsgrensen for single junction solceller på 33,16 % [5]. Ettersom oppnådd effektivitet er i ferd med å nå teoretisk effektivitet,vil andre typer solceller måtte vurderes for å forbedre effektiviteten ytterligere. Solceller som benytter seg av halvleder kvantedotter er et alternativ som det i nyere tid har vært mye forskning på.

Det er flere effekter som gjør at kvantedott baserte solceller blir sett på som et alternativ til konvensjonelle solceller. En av disse er en effekt kalt multiple exciton generation (MEG) der flere ladningsbærer kan genereres fra et enkelt foton, som betyr at mer energi kan uthentes fra sollyset. En annen effekt som kan utnyttes er exciton-plasmon interaksjoner. Denne effektengir økt effektivitet ved å koble halvleder nanostrukturer til metal nanopartikler [6].

  1. D.M. Rowe. Thermoelectrics, an environmentally-friendly source of electrical power.Renewable Energy, 16(1):1251 –1256, 1999.
  2. Yi Qi and Michael C. McAlpine. Nanotechnology-enabled flexible and biocompatible energy harvesting.EnergyEnviron. Sci., 3:1275–1285, 2010.
  3. Ho-Ki Lyeo, A. A. Khajetoorians, Li Shi, Kevin P. Pipe, Rajeev J. Ram, Ali Shakouri, and C. K. Shih. Profiling thethermoelectric power of semiconductor junctions with nanometer resolution.Science, 303(5659):816–818, 2004.
  4. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W.; Dunlop, E. D.; Levi, D. H.; Ho-Baillie, A. W. Y., Solar cell efficiency tables (version 49). Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2017, 25 (1), 3-13.
  5. Rühle, S., Tabulated values of the Shockley–Queisser limit for single junction solar cells. Solar Energy 2016, 130, 139-147.
  6. Kamat, P. V., Quantum dot solar cells. The next big thing in photovoltaics. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4 (6), 908-918.