2023 Fiscal Year Annual Research Report
A study of thermal photonics power generation for effective utilization of waste heat energy
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23H01353
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
櫻井 篤 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20529614)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 康次 九州大学, 大学院工学研究科, 教授 (70315159)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 排熱エネルギー / 非平衡ふく射 / サーマルフォトニクス / 発電 / ペロブスカイト半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では排熱エネルギーの回収技術として、半導体素子の非平衡熱ふく射現象を用いるサーマルフォトニクス(TPX)発電に着目する。TPX発電用のペロブスカイト型半導体素子において、電子・光子・熱に関する相互作用の物理を第一原理計算、揺動電磁気学シミュレーションおよび機械学習によって明らかにする。この成果を基に、従来の化合物系半導体素子では難しかった大面積かつ低コストのペロブスカイト型TPX発電システムの実証試験を目指す。これが成功すれば、プランクの黒体放射法則に制限されない新たな熱ふく射エネルギー輸送に基づくエネルギーハーヴェスティングの可能性が拓かれる。
今年度までの研究実績として、TPX発電への応用として最適なペロブスカイト半導体の探索を目指し、様々なペロブスカイト半導体を用いて、揺動電磁気学シミュレーションを行った。その結果を考察する上で、いくつかのTPX発電システムに適したペロブスカイト半導体の選定に目処がついた。それと共に、どういう状況でTPX発電システムが高効率化するのかという重要な物理現象の解明にも繋がった。
今年度の目標は、上記、TPX発電用非平衡ふく射エミッターの数値設計の結果を基に、実際のペロブスカイト半導体成膜にトライする。その上で、可視光から赤外光領域におけるエリプソメーターを用いた誘電関数とその温度特性を測定し、数値シミュレーションにフィードバックできるようにする。
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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
ペロブスカイト型非平衡熱ふく射エミッターの最適設計を行った。また、合わせて様々なペロブスカイト半導体を用いて、TPX発電システムに適したペロブスカイト半導体の探索を行った。その結果を考察する上で、いくつかのペロブスカイト半導体を応用することに目処がついた。それと共に、どういう状況でTPX発電システムが高効率化するのかという重要な物理現象の解明にも繋がった。
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| Strategy for Future Research Activity |
ふく射を数値シミュレーションで再現するためには、まず対象となる材料の誘電関数が必須である。これまで、ほとんどのふく射の研究者は、材料の誘電関数を既存のデータブックから引用して使用するのみであった。
今年度の目標は、上記、TPX発電用非平衡ふく射エミッターの数値設計の結果を基に、実際のペロブスカイト半導体成膜にトライする。その上で、可視光から赤外光領域におけるエリプソメーターを用いた誘電関数とその温度特性を測定し、数値シミュレーションにフィードバックできるようにする。
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