2015 Fiscal Year Research-status Report
メタマテリアルによる熱ふく射制御と太陽熱光起電力発電への展開
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15K17985
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
櫻井 篤 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20529614)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 波長選択性ふく射制御 / メタマテリアル / サーモプラズモニクス / 太陽エネルギー / 熱光起電力発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の高度太陽エネルギー利用方法の一つとして期待される太陽熱光起電力(Solar-TPV)発電の研究を行っている．本研究で作製する波長選択性エミッターは， 光電変換セルの外部量子効率が最も高い領域に整合するような狭帯域熱ふく射光を発現させるものである．そこで我々は，ふく射特性を自由自在に制御することが可能なメタマテリアルに着目している．さらに開発したエミッターを搭載することで，大型太陽集光シミュレーターを用いた高効率なSolar-TPV発電システムを実証する．
本研究課題の開始段階では，メタマテリアルに関する理論に基づき，上記のような特性を持つ波長選択性エミッターを実現できることを数値解析により見出していた．本年度は，理論並びに数値解析に基づいてメタリアル構造の設計を行い，実際にエミッターを作製することを目的として研究を進めた．作製には電子線リソグラフィ，スパッタリング，反応性イオンエッチングといった半導体プロセスを活用した．また作製したエミッターは，可視分光計及びFT-IRを用いて光学特性を測定し，Solar-TPV用のエミッターとしてほぼ設計通りの性能を得ることに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前述の通り，本研究で作製する波長選択性エミッターは， 光電変換セルの外部量子効率が最も高い領域に整合するような狭帯域熱ふく射光を発現させるものである．そこで我々は，ふく射特性を自由自在に制御することが可能なメタマテリアルに着目している．
本年度は，理論並びに数値解析に基づいてメタリアル構造の設計を行い，実際にエミッターを作製することを目的として研究を進めた．作製には電子線リソグラフィ，スパッタリング，反応性イオンエッチングといった半導体プロセスを活用した．高温用エミッターとして材料にはタングステンおよびシリカを採用しており，当初の想定通り，作製が順調に進んだ．また作製したエミッターは，可視分光計及びFT-IRを用いて光学特性を測定し，Solar-TPV用のエミッターとしてほぼ設計通りの性能を得ることに成功している．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度においては，まず本年に引き続き高温用エミッターの性能向上を図る．また，数値解析では高温用エミッターとして使用するために誘電体層で覆うことが効果的であることがわかったので，本年度はより実用的なエミッターの開発を続ける．
また太陽集光系の設計を行い，Solar-TPVシステム作製に入る．本年度作製したエミッターを太陽集光系に組み込み，次年度は電気加熱炉による小規模な予備実験から開始し，熱電対による温度計測，PVセルの発電量などを計測したいと思っている．
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