2009 Fiscal Year Annual Research Report
産業廃棄物シリコンを用いた環境半導体材料マグネシウムシリサイド排熱発電素子の開発
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21360136
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
飯田 努 Tokyo University of Science, 基礎工学部, 准教授 (20297625)
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| Keywords | 熱電変換 / 半導体 / 環境半導体 / マグネシウムシリサイド / 結晶育成 / 放電プラズマ焼結 |
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| Research Abstract |
当該研究では、排熱を実用温度域(200～500℃)で直接電気エネルギーに変換し排熱再資源化を実現する「環境低負荷型排熱発電モジュールの開発」を主目的としている。
具体的には高変換効率(～10%以上)が期待される高効率熱電変換材料Mg2Si:シリサイド環境半導体を高品質・省プロセスにより合成し、以下に示す当該Mg2Siによる熱電変換素子モジュールの実用化および実装フィールドテストの実施を目指す。
(1).量産可能な材料合成手法により作製されたn形・p形-Mg2Siの応用物性・工業用原料製造プロセスを開発(2).産業廃棄物シリコン(Si)原料を100%使用したn形・p形-Mg2Siについて、新製法を導入し、材料レベルで変換効率10%超(n形)および5%(p形)を実現、(3).p形性能向上に不可欠なAg以外の不純物元素に関しドーピングの基礎データを蓄積、(4).n形・p形ペア構造Mg2siもしくはn形-Mg2siの単独利用排熱発電モジュールの試作と高温炉でのフィールドテストを実施
本年度は上記(1)～(3)に関連した内容について、以下の項目を実施し知見を得た。
(I).n形・p形-Mg2Siの量産向け合成法および廃棄物原料導入に関する研究開発
(1).新製法低コスト合成プロセス開発
[成果]:産業廃棄物リユースsiの純化,金属グレードsi(3-4N)およびケミカルグレードsi(2N)を使用して、排熱発電を実現可能な熱電変換特性を有するn形Mg2Si製造法をほぼ確立した。
(2).多結晶原料の大量合成条件の探索と製造
[成果]:Mg2Si原料を多数合成する新規の溶融合成技術を共同研究先の会社と開発した。
(3).低コストプロセスによる高耐久な不純物による電気伝導制御
[成果]:(1)n形Mg2Si多結晶原料合成時に均質に不純物を分布させるプロセス技術を開発した
(2)放電プラズマ焼結合成プロセスと不純物導入プロセスの整合性確保を行い、動作時を想定する温度での耐久試験で素子劣化を低減させる不純物を探索できた。
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