CAREER: Statistical Design of Hierarchical Metal Structures for High Performance, Flexible Solar Cells
职业:高性能柔性太阳能电池分层金属结构的统计设计
基本信息
- 批准号:1552712
- 负责人:
- 金额:$ 50万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-02-01 至 2021-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
AbstractNon-Technical:This Faculty Early Career Development (CAREER) project seeks to design new metal structures into flexible thin crystalline silicon to achieve high efficiency, low cost solar cells. This work will develop new statistical techniques to design metal structures across multiple length scales into high performance transparent conductors. Subsequent work will evaluate how these structures may be incorporated into flexible thin film crystalline solar cells to increase efficiencies and lower cost. The proposed work is expected to have important implications in promoting the widespread adoption of solar, decreasing the U.S.?s dependence on fossil fuels, and enhancing portable energy sources. This project will allow for additional opportunities in incorporating metal structures into sensors, photodetectors, and smart surfaces. The PI will build upon his long relationship with the Pittsburgh Office of Diversity and develop new K-12 activities for the INVESTING NOW summer program and Mobile Science Lab. New in-person and virtual (Google Street View-like) tours will be implemented for the PI?s lab and the Pittsburgh Nanofabrication and Characterization Facility. The PI will develop a new ?Statistical Design of Materials? graduate course. Undergraduates (with an emphasis on minorities) will have opportunities to pursue research through the Mascaro Center for Sustainable Innovation.Technical:The objective of this Faculty Early Career Development (CAREER) project is to develop new statistical techniques that understand the structure "property" process relationships of hierarchical metals so they may be systematically designed into flexible thin crystalline silicon to achieve high efficiency, low cost solar cells. This project will investigate biologically inspired hierarchical metal structures, which require the integration of physics across multiple length scales. These structures will be assessed over a wide range of incident light angles corresponding to the movement of the sun through the sky during the day. New statistical methodologies will be developed to handle physics across multiple length scales and integrated into a simulation and experimental framework. This paradigm will lead to novel statistical models that enable fast throughput materials design of innovative applications such as transparent conductors, flexible electronics, and solar cells. The PI will explore the performance limits of hierarchical metal structures for transparent conductors. Subsequently, hierarchical metal structures will be designed into both the top and bottom of flexible crystalline silicon thin films for plasmonic light trapping and carrier collection. This research will pave the way to a new flexible lightweight, high efficiency solar cell technology that exceeds the efficiency of conventional, rigid, bulk silicon solar cells.
AbstractNon-Technical:这个教师早期职业发展(CAREER)项目旨在设计新的金属结构到柔性薄晶体硅,以实现高效率,低成本的太阳能电池。这项工作将开发新的统计技术,将多个长度尺度的金属结构设计成高性能的透明导体。随后的工作将评估如何将这些结构纳入柔性薄膜晶体太阳能电池中,以提高效率和降低成本。这项拟议中的工作预计将对促进太阳能的广泛采用产生重要影响,减少美国的太阳能发电量。中国对化石燃料的依赖,以及增强便携式能源。该项目将为将金属结构纳入传感器、光电探测器和智能表面提供更多机会。PI将建立在他与匹兹堡多样性办公室的长期合作关系的基础上,为INVESTING NOW暑期项目和移动的科学实验室开发新的K-12活动。新的亲自和虚拟(谷歌街景样)图尔斯旅游将实施的PI?的实验室和匹兹堡纳米纤维和表征设施。PI将开发一个新的?材料的统计设计研究生课程本科生(重点是少数民族)将有机会通过马斯卡罗可持续创新中心进行研究。技术:本教师早期职业发展(CAREER)项目的目标是开发新的统计技术,了解分层金属的结构“属性”过程关系,以便它们可以系统地设计成柔性薄晶体硅,以实现高效率,低成本的太阳能电池。该项目将研究生物启发的分层金属结构,这需要在多个长度尺度上整合物理学。这些结构将在与白天太阳穿过天空的运动相对应的大范围入射光角度下进行评估。将开发新的统计方法来处理多个长度尺度的物理学,并将其纳入模拟和实验框架。这种范式将导致新的统计模型,使快速吞吐量的材料设计的创新应用,如透明导体,柔性电子产品和太阳能电池。PI将探索透明导体分层金属结构的性能极限。随后,分层金属结构将被设计到柔性晶体硅薄膜的顶部和底部,用于等离子体光捕获和载流子收集。这项研究将为一种新的柔性轻质高效太阳能电池技术铺平道路,该技术的效率超过了传统的刚性体硅太阳能电池。
项目成果
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