is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara)

Háskólinn í Reykjavík > Tæknisvið / School of Technology > Med/MPM/MSc Tækni- og verkfræðideild (-2019) / School of Science and Engineering >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/31381

Titill: 
  • Titill er á ensku Fabrication of periodic silicon nanowires for possible thermoelectric and solar cell applications
  • Framleiðsla reglubundinna kísil örvíra til mögulegra nota í varmaraftól og sólarsellur
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    Thermoelectric generators are devices that convert thermal energy into electrical energy. They have been used for decades and have traditionally proved to be a reliable source of electrical energy in remote places where energy sources are sparse. More recently they have been used in automobiles to increase fuel efficiency, in power plants for energy recyling of waste heat, and to power smart watches to name a few examples. In recent years their efficincy has been increasing, with commercial products promising 5-10% recovery of energy from waste heat, with predictions of efficency reaching up to 20% with further research and development. These generators have traditionally been made from rare and expensive elements, such as bismuth, tellurium, and germanium.
    A thermoelectric generator should have low thermal conductivity, and high electrical con- ductivity, in order to be sufficiently efficient. These properties usually don’t go hand in hand, as a material with low thermal conductivity will usually be an insulating material with low electrical conductivity. Silicon as a bulk material is thus not suitable for efficent thermoelectric generators due to its high thermal conductivity. However, nanostructured silicon has shown a considerable reduction in thermal conductivity without comprimising the electrical perfor- mance of the material. Methods to produce large areas of silicon nanowires are well known and were used in this project. Being abundant, inexpensive, and accompanied with well established nanostructing methods silicon becomes a possible candidate for thermoelectric generators.
    This thesis describes the preparation of large areas of silicon nanowires, as well as attempts to built an instrument capable of measuring the thermal conductivity and electrical perfor- mance of the samples. The light absorption properties of high-aspect silicon nanowires was also investigated, with some promising results which lead to a paper being published.
    This research was conducted from the fall of 2013 to the fall of 2014.

  • Varmaraftól (e. thermoelectric generator) eru tæki sem breyta varmaorku í raforku. Varm- araftól hafa verið notuð áratugum saman og hafa sannað sig sem áreiðanleg tæki til raforku- framleiðslu á stöðum þar sem aðgengi að raforku er erfitt. Undanfarið hafa hitaraftæki verið notuð í bifreiðum til að auka eldsneytisnýtni, í raforkuverum til endurvinnslu spillivarma, og jafnvel til að knýja snjallúr, til að nefna nokkur dæmi. Nýtni þessa tækja hefur hingað til ekki verið há, en undanfarin ár hefur hún þó verið að aukast með auknum rannsóknum og þróun. Fyrirtæki bjóða heildarlausnir í endurvinnslu spillivarma þar sem 5-10% af spillivarmanum er endurnýttur til raforkuframleiðslu. Spáð er allt að 20% nýtni í framtíðinni með auknum rann- sóknum og meiri þekkingu í faginu. Þessi varmaraftól hafa til þessa verið unnin úr sjaldgæfum og dýrum málmum, til að mynda bismút, tellúríum, og germaníum. Kísill er til í ofgnótt á jörðinni og er mjög ódýr miðað við þessa sjaldgæfu málma.
    Til að varmaraftól séu með nægilega nýtni til að vera nýtanlegt verður það að hafa tvo megin eiginleika; lága varmaleiðni og háa rafleiðni. Þessir eiginleikar haldast vanalega ekki hönd í hönd, þar sem efni með lága varmaleiðni eru vanalega einangrandi efni með lága rafleiðni. Kísill sem slíkur er þess vegna ekki hentugur til nota í varmaraftól sökum hárrar varmaleiðni, en sé kísillinn meðhöndlaður þannig að úr honum verði nanó-stærðar vírar er hægt að draga verulega úr varmaleiðni hans án þess að hafa nokkur áhrif á raffræðilega eiginleika efnisins. Aðferðir til að búa til stór svæði kísil örvíra eru vel þekktar og voru notaðar í vinnslu þessa verkefnis. Þar sem kísill á jörðinni er nægur, hann ódýr, og aðferðir til nanóformunar hans vel þekktar er kísill nú orðinn mögulegur til nota við gerð varmaraftóla.
    Þessi ritgerð lýsir því hvernig stór svæði kísil örvíra voru búin til, auk þess sem tilraunum til smíða á mælitækjum til þess að mæla varmaleiðni og raffræðilega frammistöðu sýnanna er lýst. Ljósgleypni kísil örvíra með mjög há lengdar-breiddar hlutföll var rannsökuð, með góðum niðurstöðum sem leiddu til þess að grein var birt í ritrýndu vísindatímariti.
    Þetta verkefni var unnið frá hausti 2013 fram á haust 2014.

Samþykkt: 
  • 20.6.2018
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/31381


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
BHH_MSc_Silicon_Nanowires.pdf31.76 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna