2014 Fiscal Year Annual Research Report
電場と磁場の同時印加による太陽電池用均一径シリコン球の製造およびその結晶性制御
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25709071
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| Research Institution | Kagawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
嶋崎 真一 香川高等専門学校, 機械電子工学科, 准教授 (00447145)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 球状シリコン太陽電池 / 材料電磁プロセッシング / 液体金属ジェット / 金属粒子 / ジェット分断 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一昨年度までの研究により，溶融金属を高電場中で分断させることにより液滴を帯電させ，液滴間に作用する静電反発力によって液滴の落下中における合体を防止できることが実験的に明らかにされている。溶融シリコンのジェットに2.2kVの高電圧を印加し，液滴分断試験を行ったところ，落下中の液滴の合体頻度を半減させることに成功した。しかし現有の装置ではこれ以上の電圧を印加することが困難であり，かつ，どの程度の電圧を印加すれば十分な合体防止効果が得られるか不明であったため，電圧印加による合体防止効果を予測するためのモデルが必要となった。
そこで平成26年度は，液滴の合体防止効果を予測する理論モデルの構築と，低温系実験による検証を行った。低温系実験においては，水・ガリウムなどを用いた。液滴の帯電量の評価にはBrandenbergerらによる予測式を用い，実測値と比較・検討したところ，十分な精度で予測できることがわかった。また，静電反発力による位置エネルギーと相対速度による運動エネルギーを用いて，液滴の合体に関する予測モデルを構築し，実験結果を整理したところ，ある帯電量がある閾値を超えたところで，合体が完全に防止できることが明らかにされた。
今後は他の流体や実験条件の元で同様の実験を行い，より幅広い条件下においても，本モデルが妥当であるかどうかを検証していく。また，溶融シリコンを用いた場合の設計指針を提案していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2014年3月に東北大から香川高専へ異動したことに伴い，装置の搬入出や再セットアップ，動作確認などを行う必要があった。商用周波数が50Hzから60Hzに変わったことに伴い電磁力印加用の高周波誘導炉の出力特性が変化したため，その特性データを再取得した。それらの作業を進めていたため，計画に遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き低温系における高電場印加実験を行っていく。印加電圧や電極の径，ジェットの流速をパラメータとし，流体としては水銀や重水による実験を追加することを想定している。得られたデータをまとめて理論モデルの検証を行い，溶融シリコン系での装置の設計指針を検討する。
また，溶融金属ジェットに対して電磁力間欠印加と高電圧印加を同時に行うためには，コンセントレータ（電磁力を集中させるためのデバイス。電場印加用の電極を兼用している）形状の最適化をはかる必要がある。電磁場解析と実験を行い，形状の変更により電磁力にどの予定どの影響が現れるのか検討していく。
さらに，溶融金属ジェットを用いて電磁力間欠印加と高電圧印加の試験を行い，合体を完全に防止した状態で液滴を生成するための条件を実験的に検証し，これまでに構築したモデルとの比較を行う。
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| Causes of Carryover |
平成26年3月に東北大から香川高専へ異動したことに伴い，当初計画から実験の順序を変更した。先に高温系の実験を行うことを優先し，異動後の平成26年度は主に低温系による高電圧印加実験を行っている。
異動先の香川高専には研究遂行に必要な仕様をもつ高速度ビデオカメラがなかったため，平成25年度と平成26年度の予算を合わせて高速度ビデオカメラを購入することにした。当初は400～500万円程度の予算を想定していたが，高速度ビデオカメラの性能向上と価格低下が予想以上に進行しており，半額程度の機種でも十分な性能を有していることが分かったため，そちらを購入した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
数値計算を行うためのワークステーションを購入する。
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