| Project/Area Number |
08F08710
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Research Field |
Inorganic materials/Physical properties
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
河本 邦仁 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG Ning 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
WANG N. 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2008 – 2010
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2010)
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| Budget Amount *help |
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2008: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
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| Keywords | チタン系酸化物 / ナノ構造・形態 / 熱電変換材料 / チタン酸ストロンチウム / ナノワイヤ / ナノコンポジット / ハイブリッド発電デバイス / エネルギー変換効率 / ナノキューブ / 3D超格子 / 熱伝導率 / 太陽電池 |
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| Research Abstract |
SrTiO_3(STOと略称)系熱電変換材料のエネルギー変換効率をさらに上げるため、組成・構造・組織が制御されたナノセラミックスおよびナノコンポジットの構築を行い、熱電変換性能を詳細に検討した。また、熱電モジュールと太陽電池を組み合わせたハイブリッド太陽電池を設計・試作して、太陽エネルギーの更なる高効率利用に資する技術への展開を図った。
先ず、SrTiO_3(STO)系熱電変換材料の変換効率をさらに向上するため、第二成分としてチタン酸カリウム(KTO)、安定化ジルコニアなどのナノワイヤを添加してナノコンポジット化し、出力因子を保ったまま熱伝導率の低減を狙った。Nb-STOマトリックスに低熱伝導性のKTO(チタン酸カリウム)ナノファイバを分散させて高ZT化を試みた結果、KTO粒子はSTOと一部反応してSTO粒界に沿って薄い層を形成し、これが熱伝導率を低下させるとともにSTOの粒成長を促進してキャリア移動度を上げることにより、これまでのNb-STOセラミックスの最高性能を上回ることに成功した。
さらに、自家製のTiO_2系色素増感太陽電池フィルムとビスマステルル素子で構成される市販熱電モジュールを組み合わせたハイブリッドデバイスを試作し、擬似太陽光を用いた発電評価を行った。電流-電圧特性の詳細な測定から得られたエネルギー変換効率は、用いた太陽電池と熱電モジュールの性能に依存するが、7%～14%超に及んだ。14%を超える変換効率はビスマステルル系人工超格子熱電素子を用いた場合に得られた。色素増感太陽電池の透明性を利用して太陽熱を熱電素子で電気に変換することにより、トータルでSi太陽電池に匹敵するエネルギー変換効率が得られることを世界で初めて実証した。
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