2015 Fiscal Year Research-status Report
太陽光の準単色化によるレクテナソーラーセルの高効率化
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15K13395
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
湯上 浩雄 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60192803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金森 義明 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333858)
清水 信 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60706836)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 熱ふく射 / 光レクテナ / 熱ふく射スペクトル制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では潜在的に既存の太陽エネルギー変換デバイスを凌駕する可能性を持つレクテナソーラーセルにおいて「太陽光準単色化デバイスの作製」とそれに対応する「赤外アンテナの設計と作製」を行い飛躍的な効率向上を達成するための知見を得ることを目的として以下の研究を行った。
（１）本研究では、従来のマイクロキャビティ構造では閉じ込め効果が弱くＱ値が小さいため熱放射の準単色的制御は難しいと考えられることから、レーザー光学におけるOutput-Coupler鏡の概念を応用し、キャビティ開口部を極薄金属膜でカバーすることで局在効果を増強しキャビティのＱ値を向上させること目的として設計プロセスを加味した最適構造の検討を行った。放射特性の角度依存性に関しては指向性が非常に低くなる形状として、マイクロキャビティ内にシリカガラスを充てんしたマイクロキャビティ構造が有効であること、また表面に形成するAu極薄膜の厚みとして6nmが最適であることを見出した。これらの条件をもとに作成プロセスを検討して、シリカガラスが充てんされたマイクロキャビティ構造の形成を行った。今後、極薄金属膜の作製を行い、光学特性の評価を行う。
（２）マイクロ波領域で作動するアンテナでは代表的な共振型アンテナであるダイポールアンテナなど様々なアンテナが存在しておりレクテナ用アンテナの設計および作製は難しくない。しかし、中赤外域で作動するためには非常に小さな構造が必要であり、作製手法が限られるため複雑な構造は作製が困難である。本年度は、ナノ構造を有するダイポールアンテナを基本として、作成可能な中赤外アンテナの構造設計を数値解析により行った。その結果、波長選択性熱放射スペクトルとのスペクトルマッチングが６０％を超える構造を形成することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
熱ふく射スペクトル制御のために、マイクロキャビティにシリカを充填するプロセスについては完了して、２８年度当初に金属薄膜形成を行う計画であり、準単色化に関しての進捗状況は問題ない。
レクテナ構造の設計は行っているが、当初はアンテナのみの設計から始める予定であったが、検討途中でダイオードと一体化した構造を形成することを目指すべきとの方針転換を行っており、現時点では最適構造を検討している段階であり、作製自体は次年度に持ち越すこととなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
光レクテナの設計において、光領域のインピーダンスマッチングを視野に入れた、アンテナ／ダイオードの形成が重要であることから、アンテナのみの設計・製作からダイオードを組み込むことを想定した形での光学設計を優先的に行う予定である。
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