”Smarta fönster”, solceller, ljusemitterande dioder och fotokatalys är lovande tekniker för att spara på jordens resurser i energiproduktionen. I sin avhandling har Pia Lansåker vid Uppsala universitet visat hur guldfilmer och nanopartiklar av guld kan förbättra dessa applikationer och göra dem billigare att framställa.

Det krävs åtgärder för att de globala energiresurserna ska räcka till oss alla på jorden och för att dagens negativa miljösituation inte ska förvärras. Vi måste utveckla nya miljövänliga metoder för energiproduktion, förbättra redan existerande metoder och hushålla med den energi vi har. Fyra mycket lovande tekniker är elektrokroma ”smarta fönster”, solceller, ljusemitterande dioder och fotokatalys, men samtliga behöver förbättras för att kunna konkurrera på marknaden.

Elektrokroma fönster kan bli mer kostnadseffektiva genom att ersätta de ~ 300 nm tunna oxidbaserade transparenta elektriska ledarna i dessa fönster med ~ 7 nm tunna guldfilmer. Likaså kan produktionskostnaden för kiselbaserade solceller minskas genom att tillsätta nanopartiklar av guld, eftersom dessa nanopartiklar ökar ljusupptagningen och tjockleken på kiselfilmen kan minskas avsevärt. Nanopartiklar av guld är även ljusspridande och denna egenskap kan användas till att öka ljusstyrkan i ljusemitterande dioder och nanopartiklar kan också användas till att styra in den aktiverande våglängden för fotokatalys mot längre och mer fördelaktigare våglängder.

Avsikten med Pia Lansåkers avhandling var att studera guldfilmer och guldpartiklar, hur de tillväxer, dess optiska, elektriska och elektrokemiska egenskaper, samt hur underlag och temperatur påverkar tillväxten. Detta för att öka förståelsen och för att möjliggöra tillverkning av filmer och partiklar, med egenskaper som krävs för de beskrivna applikationerna. Samtliga filmer och partiklar har tillverkats med hjälp av DC magnetron sputtring och optiska, strukturella, elektrokemiska samt elektriska studier har utförts på dessa.

Resultatet visar att optimerade homogena filmer av guld med en tjocklek på ~ 7 nm har en transmittans på ~ 72 procent  i det synliga våglängdsområdet, en resistivitet på 10-5 Ωcm och att de är elektrokemiskt stabila. Detta gör dem mycket lämpliga som ersättare till oxidbaserade transparenta ledare i elektrokroma tillämplingar. Studien visade också att transmittansen i det synliga våglängdsområdet ökades till ~ 80 procent genom att anti-reflektionsbehandla guldfilmerna med titandioxid och hur olika substrat påverkade guldtillväxten.

Temperaturstudier visade att guldfilmerna klarar de temperaturer som krävs för fönsterapplikationer, utan att deras egenskaper påverkas. Vid högre temperaturer visade studien att det var en stor skillnad på om guld deponerades på värmda substrat eller deponerades vid rumstemperatur och därefter eftervärmdes, trots att temperaturen var den samma. Då guld deponerades på värmda substrat motverkades sammansmältningen av guldet till homogena filmer och istället främjades en tillväxt med separerade guldpartiklar. Denna effekt användes till att skapa guldpartiklar, där resultatet visade hur variationer av mängden guld och temperatur påverkade partiklarnas optiska egenskaper, vilket även provades på fotokatalytiskt aktiva oxider.

– Arbetet har bekräftat att guldfilmer och guldpartiklar kan förbättra de beskrivna applikationerna och har gett viktiga ledtrådar inför fortsatt utvecklingsarbete, säger Pia Lansåker avslutningsvis i ett pressmeddelande.

Filed under: SvenskTeknik