Spectral control of surface Plasmon by Fabry-Perot interference and its application for near-field thermophotovoltaic power generation
| Project/Area Number |
20H02084
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
花村 克悟 東京工業大学, 工学院, 教授 (20172950)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
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| Keywords | 近接場ふく射輸送 / 波長選択光起電力電池 / ファブリペロー干渉 / 表面プラズモン / 近接場光 / 波長制御 / エネルギー変換 / 熱光起電力発電 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、薄膜状の光起電力半導体を裏面側の基板電極と光入射側のナノグリッド電極により挟み込み、ナノピラーアレイ構造を有する加熱面と数百nmの真空隙間を隔てて向い合せ、ピラー側面とグリッド電極側面に生ずる表面プラズモンとそれらの高さとのファブリペロー干渉により、発電に寄与する波長範囲のみを選択的に増強および吸収することによって高効率かつ高密度な近接場光起電力発電を構築することを目的とし、数値計算により期待される選択波長近接場ふく射輸送の増強機構を明らかにするとともに、ナノグリッド電極・薄膜半導体・基板電極の3層構造光起電力電池を製作し、そのシャープな波長選択性や発電密度の高度化を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は波長選択近接場光を用いた光起電力発電を目指している。波長選択放射体については、タングステン製ピラーアレイ構造放射体および島状金属-絶縁体-平滑裏面金属構造放射体を、波長選択熱光起電力電池については、グリッド状表面電極-薄膜pn接合半導体-裏面平滑電極構造の製作に取り組んでいる。昨年度に引き続き分子線エピタキシャル装置によりInAs基板上にTeドープGaおよびGaそしてSbの分子線によりn型GaSbと、GaとSbの分子線によりアンドープのp型GaSbとを各々およそ50nmの厚みにて積層できることを確認した。その後、InAs基板を塩酸にて取り除いた後、Si基板に金(Au)を蒸着した表面にファンデルワールス力接合により張り付け、さらにp型GaSb表面にグリッド状Au電極をリソグラフィーとリフトオフにより製作できることも確認できた。ここで、pn接合GaSb半導体が薄膜であるため、その表面に波状の凹凸が生ずること、さらに上記のAu蒸着Si基板への貼り付けの際に亀裂が生ずるなど、ここにきて薄膜pn接合GaSb半導体の製作に課題が多く生じ始めた。さらにリフトオフの際にもグリッド電極が剥がれるなど、安定した製作工程には至っていないことも明らかとなった。一方、向かい合う放射体については反応性イオンエッチングによりタングステンの平滑面に断面800×800nmのピラーアレイ構造が製作できるものの、目標とする断面100×100nmには至っておらず、レジストおよび描画装置の調整について試行錯誤を行った。さらに島状金属-絶縁体-裏面平滑金属構造放射体の製作についても同様なサイズの島状金属構造の製作について試行錯誤を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
pn接合GaSb半導体が薄膜（およそ100nm）であるため、その表面に波状の凹凸が生ずること、さらにAu蒸着Si基板への貼り付けの際に亀裂が生ずるなど、ここにきて薄膜pn接合GaSb半導体の製作に課題が多く生じ始めた。さらにリフトオフの際にもグリッド電極が剥がれるなど、安定した製作工程には至っていない。また、向かい合うタングステン製ピラーアレイ構造放射体については反応性イオンエッチングにより断面800×800nmのピラーアレイ構造が製作できるものの、目標とする断面100×100nmには至っておらず、レジストおよび描画装置の調整について試行錯誤を強いられている。さらにもう1種類の島状金属-絶縁体-裏面平滑金属構造放射体の製作についても同様なサイズの島状金属構造の製作について試行錯誤が強いられている。
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| Strategy for Future Research Activity |
薄膜pn接合GaSb半導体の製作工程において、これを支える樹脂ワックスについてその硬さや厚みなどを考慮し、安定して薄膜を支えられることを目指す。ピラーアレイ構造放射体の製作に取り組みつつ、平滑面放射体による近接場光発電システムを構築することを目指す。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
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[Book] 熱物性2020
Author(s)
花村克悟
Total Pages
1
Publisher
日本熱物性学会
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