Διδακτορικός Φοιτητής
Εμμανουήλ Περβολαράκης

Email

emper@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Υπολογιστικός Σχεδιασμός Μεταλλικών Νανοσωματιδίων για Ενεργειακές Εφαρμογές

Computational Design of Metal Nanoparticles for Energy Applications

Επιβλέπων

Ρεμεδιάκης Ιωάννης, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Ρεμεδιάκης Ιωάννης, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Κοπιδάκης Γεώργιος, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Στούμπος Κωνσταντίνος, Αναπληρωτής Καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Η ανάγκη για μετάβαση σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι πιο μεγάλη από ποτέ και συνεπώς χρειάζεται να βελτιωθεί η απόδοση ή/και η μείωση του κόστους ήδη υπαρχόντων τεχνολογιών όπως οι κυψελίδες καυσίμων και τα φωτοβολταϊκά. Στις κυψέλες καυσίμων συνήθως χρησιμοποιείται Pt ως καταλύτης, ένα κοστοβόρο μέταλλο που καθιστά απαγορευτική την εμπορική τους εφαρμογή. Στα φωτοβολταϊκά μια κοινή πρακτική για την βελτίωση της απόδοσης είναι ο εμπλουτισμός του ημιαγώγιμου στρώματος με μεταλλικά νανοσωματίδια, παρόλα αυτά ο μηχανισμός με τον οποίο συνεισφέρουν τα νανοσωματίδια δεν είναι πλήρως κατανοητός. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή θα μελετηθούν οι ιδιότητες και ο ρόλος του Pt στις κυψέλες καυσίμων με προσομοιώσεις από πρώτες αρχές και ταυτόχρονα θα μελετηθεί μια πληθώρα άλλων μετάλλων και κραμάτων μετάλλων ως εναλλακτικές, πιο οικονομικές λύσεις. Παράλληλα, στην κατεύθυνση των φωτοβολταϊκών, με χρήση προσομοιώσεων πολλαπλής κλίμακας θα μελετηθούν οι οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες μεταλλικών νανοσωματιδίων, ο μηχανισμός με τον οποίο συμβάλλουν στην καλύτερη απορρόφηση του φωτός καθώς και η επίδραση του σχήματος του νανοσωματιδίου στις ιδιότητες αυτές.

Abstract

The need to switch to renewable energy sources is greater than ever and consequently it is of great importance to improve the efficiency and/or to lower the cost of already existing technologies like fuel cells and photovoltaics. In fuel cells the most common catalyst used is Pt, which is quite expensive and renders their commercial applications improbable. In photovoltaics a common practice to improve the efficiency is to introduce metal nanoparticles in the semiconducting layer but the underlying mechanism of the nanoparticle contribution is not fully understood. In this PhD thesis, the properties and role of Pt in fuel cells will be studied using ab-initio calculations and a wide range of metals and metal alloys is going to be explored as less expensive alternatives to Pt. Additionally, the electronic and optical properties of metal nanoparticles used in photovoltaics will be investigated using multi-scale simulations and the mechanism with which they contribute as well as the effect of the shape of the nanoparticles on these properties will be explored.