2021 Fiscal Year Annual Research Report
Spectral control of near-field thermal radiation for highly efficient thermo-photovoltaic power generation
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17H06125
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野田 進 京都大学, 工学研究科, 教授 (10208358)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅野 卓 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30332729)
井上 卓也 京都大学, 工学研究科, 助教 (70793800)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱輻射制御 / 熱光発電 / 近接場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高温物体と受光素子を近接させた際に生じる近接場熱輻射に着目し、所望の帯域のみで黒体限界を超える熱輻射を引き出す技術を確立し、高出力・高効率な熱光発電への展開の基礎を築くことを目的として推進した。2020年度までに、当初の最終目標である、黒体限界を超える光電流の観測に成功するとともに、当初計画にない新たな展開として、不要輻射を回収するための反射鏡を導入した「リサイクル式近接場熱光発電システム」を提案し、反射鏡の配置方法や光源厚さを変化させた体系的な理論解析をも行うことに成功していた。
最終年度である2021年度は、黒体限界を超える光電流の観測に成功した近接場熱光発電デバイスについて、より詳細な発電特性の評価を行うとともに、作製構造を考慮した数値解析結果との定量的な比較を行った。その結果、実験結果と計算結果の間で良好な一致を得ることが出来、黒体限界を超える光電流の生成を定量的に示すことに成功した。本成果は、米国科学誌ACS Photonicsに掲載されるとともに、毎日新聞、テレビ大阪を始めとする多数のメディアで報道され、大きな注目を集めることが出来た。さらに、「リサイクル式近接場熱光発電システム」の実証に向けて、作製した一体型熱光発電デバイスの上部に反射鏡を設置して発電特性の評価を行った結果、反射鏡によるリサイクル効果により太陽電池にて得られる短絡電流密度が約2.2倍に増大することを示すことに成功し、熱光発電システムの高出力化・高効率化の重要な指針を示すことに成功した。これらの成果は、学術的な意義が大きいだけでなく、現状の太陽光発電の発電効率を凌駕する超小型かつ高効率な次世代発電システムの実現にもつながる重要な成果と言え、将来の脱炭素社会の実現への貢献など、社会的意義も極めて大きいと言える。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
黒体限界を超える光電流を生成可能な近接場熱光発電デバイスの実証に関する研究成果について、毎日新聞、テレビ大阪、日刊工業新聞、日経産業新聞、京都新聞をはじめとして、多数のメディアにて報道された。報道の詳細は以下のホームページに記載。
野田研究室：http://www.qoe.kuee.kyoto-u.ac.jp/index.php?%E5%A0%B1%E9%81%93
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