2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of design method of nuclear battery applying CIS solar cell with high radiation tolerant
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20K20105
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
奥野 泰希 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (00805400)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | CIGS太陽電池 / 原子力電池 / 電線誘起電流 / コッククロフトウォルトン型加速器 / 放射線挙動解析 / 光電流電圧特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙環境で太陽光発電が使用できない環境の発電方法として、薄膜半導体素子上にβ線 を放出する Ni-63 などの放射性物質を着けた原子力電池が開発されている。素子は放射線に晒されるため、高い放射線耐性が求められており、我々は、高放射線耐性かつ高外部量子効率を有する放射線-電力変換素子として CuInGaSe(CIGS)太陽電池に着目している. しかし、放射性物質の取り扱いは高コストや厳しい規制があり、発電特性を取得することが困難である。そのため本研 究では、電子線加速器、放射線シミュレーション、微少輝度レーザ光源を組み合わせた放射性物質を用いない原子力電池の発電特性の解明を明らかにする。
大阪公立大学の コッククロフトウォルトン型電子線加速器を用いて電子線照射時における CIGS 太陽電池の電子線誘起電流特性をその場測定した。電子線誘起電流挙動を解析するため放射線挙動解析ソフトである PHITS を用いて、CIGS 太陽電池の電子線入射時の付与エネルギーにつ いて解析を行った。微少キャリア発生時の発電挙動解明するため、ソースメジャーユニット (keysight, B2901A)と CIGS 太陽電池を4端子法で接続し、微少輝度レーザ光源照射下で電流電圧特性を測定した。
電子線を入射した CIGS 太陽電池の電子線誘起電流特性では、電子線エネルギーの増加に伴い、電流発生量の減少が確認された。PHITSを用いた放射線挙動解析により素子への付与エネルギーが電子線により変化しており、そのエネルギー料に応じた電子線誘起電流が出力されることが明らかとなった。また、微弱光源を用いた発電挙動解析の結果では、素子の並列抵抗に応じて出力電力の顕著な違いが生じた。これらの結果を組み合わせることで、CIGS 太陽電池を応用した原子力電池の発電特性を見積もる手法を構築できた。
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