2016 Fiscal Year Research-status Report
太陽熱光発電実現のための光吸収膜・波長選択性熱輻射光源の一括製作プロセスの開発
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16K14129
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
岩見 健太郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80514710)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 倫弘 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60111803)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Ni-W / 太陽熱光発電 / 熱輻射 / 輻射率制御 / 微細加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度には、提案する(1)両面一括製作プロセスの確立、(2)数値解析による高効率STPVのための構造最適化に取り組んだ。
まず、本研究の中心提案である両面一括製作プロセスの確立を行なった。Ni-W電解めっきと鋳型エッチングを行い、両面に寸法の異なるキャビティが形成された構造膜をリリースすることができた。めっき膜の膜質を最適化するため、DCめっきおよびパルスめっきの条件の最適化に取り組んだ。その結果、応力増加の主要因は，めっき中のガス混入による膜の収縮であることが明らかになった。これを解決するため、めっき効率が良い状態のDCめっきの場合に最も応力が低下した良い膜質が得られることが分かった。また、従来はめっきのシード層に金を用いていた。本研究ではシード層にNiのスパッタ膜を用い、離型にはXeF2ガスエッチングを用いることで歩留まり向上を図ったが、Ni膜上でのNi-Wめっき膜の付着強度が弱く断念した。これら手法で製作した膜に対して、常温で両面の反射率分光計測を行って輻射スペクトルの変化を確認した。また、これらの結果と理論解析から、設計パラメータを明らかにした。吸光カットオフ波長を左右する支配的要因を明らかにすることができ、エミッタ・アブソーバ両側において、所望のカットオフ波長を有するスペクトル形状を得るための理論的基盤を確立できた。一方、エミッタ側の長波長輻射率が高いという新たな問題が生じたが，これは型の製造工程で生じる表面粗れに起因すると考えられるので、この解決に向けた加工方法の確立を図る必要がある。
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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
「研究実績の概要」に記載のとおり、交付申請書に挙げた28年度達成項目をおおむね達成できており、順調に推移している。
具体的には、年度の目標(1)両面一括製作プロセスの確立について、両面一括製作プロセスの確立を行なった。めっき膜の性能（内部応力、密着性等）を左右する要因の洗い出しを行い、めっき条件を最適化した。一方、タングステンをめっきのシード層に利用する方策は断念した。
次に、目標(2)数値解析による高効率STPVのための構造最適化に取り組んだ。
製作した膜に対して、常温で両面の反射率分光計測を行って輻射スペクトルの変化を確認した。測定には紫外―可視―赤外分光およびフーリエ変換赤外分光を利用した。また、これらの結果と理論解析から、設計パラメータを明らかにした。所望のカットオフ波長を実現するための寸法を数式として表し、設計の自由度が向上した。それにより、所望のカットオフ波長を有するスペクトル形状を得るための理論的基盤を確立できた。一方、エミッタ側の長波長輻射率が高いという新たな問題が生じたが，これは型の製造工程で生じる表面粗れに起因すると考えられるので、この解決に向けた加工方法の確立を図る必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初想定していた研究実施計画のとおり、平成29年度には、
(3)自立膜型STPVデバイス製作と評価
(4)製作デバイスを用いたSTPV発電試験
の2項目に取り組む。(3)では、28年度の設計結果をもとに、STPVデバイスを製作する。はり支持された自立膜の設計・製作プロセスは、研究代表者らが以前取り組んだ炭化ケイ素自立膜と同様の工程を用いるほか、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム東京大学微細加工拠点のSi深掘エッチング装置を使用する。デバイスが製作できたら本学共用装置である紫外・可視・赤外分光計測装置を用いて吸光度・輻射スペクトル計測を行う。
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