2017 Fiscal Year Research-status Report
プラズモン発熱とフラクタル低反射構造による光熱電システムの構築
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16K04884
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
西島 喜明 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60581452)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 光熱電変換 / 無反射材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、太陽電池と熱電素子との組み合わせで、電流がリークしてしまい、相互干渉が起こることが問題であった。今年度の成果として、適切な誘電体層を中間に挟み込むことで、太陽電池との組み合わせで、お互いが相互干渉せずにその効率を損なうことなくエネルギーを取り出すことができる条件について検討し、明らかにすることができた。
次に、ブラックシリコンを中心としたナノ材料の光熱電変換特性について研究をした。特に光吸収層としてゲルマニウムや金ナノロッドを用いた場合、紫外可視から中赤外の波長領域まで、超広帯域に光吸収をし、熱電変換を実現できる材料を開発することに成功した。
しかしながら、依然として光散乱により、利用されない光成分が多数存在することから、より効率よく光りを補足できる系の構築が重要であることが分かった。太陽電池、熱発電の効率を向上させることが今後の課題として挙げられる。
以上のように、今後はそれぞれのデバイス（光吸収層、太陽電池部、熱発電部）の最適化を行うことで、高効率の光電-光熱電複合デバイスを確立していきたい。
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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
これまでの研究で太陽電池と光熱変換デバイスを組み合わせても、両者が干渉せず、お互いの効率を損失しない設計について検討することができた。これにより、太陽電池の波長では直接光を電気として取り出しつつ、熱も回収、近赤外域では光を熱として回収し、発電する機構の基礎的な設計ができたものと自己評価できる。
光電、熱電のそれぞれの最適化を試みたが、安定性に乏しい課題があり、次年度以降も引き続き検討を重ねる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しい光吸収材料について検討を行う。具体的にはブラックシリコンと金やゲルマニウムを合金化させるなどして、ブラックシリコン自体に超広帯域の光吸収機能を付加する方法である。
また、ブラックシリコンなどの無反射表面は光の正反射は抑制できるものの、依然として散乱の効果が強く存在する。そのため、光吸収効率は必ずしも最適化されていない。
近年注目されている光トラップ材料とブラックシリコンを組み合わせた材料などを検討する予定である。
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