| 研究課題/領域番号 |
16H02410
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
野平 俊之 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (00303876)
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| 研究分担者 |
安田 幸司 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (20533665)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / 溶融塩 / 電解還元 / シリコン / 液体合金カソード |
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| 研究実績の概要 |
１．溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明
平成30年度までの研究により、溶融CaCl2中における液体Znカソード上でSiO2の電解還元においては、二つのメカニズムが存在すること、還元速度を向上させるためにはその両者が進行する0.6 V (vs. Ca2+/Ca)付近の電位が有望であることが分かっていた。令和1年度は、電解還元が進み溶融塩中にO2-イオンが蓄積すると、SiO2が溶解することを明らかにし、SiO2の溶解度の概略値を明らかにした。電解還元を継続的に進行させるためには、上記二つの電解還元メカニズムだけでなく、溶解したSiO2の電解還元も重要であることが分かった。以上を踏まえ、メカニズムに関して従来のアプローチでは得られなかった情報を獲得し、より効率的な電極構造や電解条件の開発・選定を行うために、液体Zn電極を直接観察する必要がある。
２．液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化
前年度に引き続き、種々の条件で液体Zn-Si合金からのSi析出実験を行った。平成30年度までの検討では、種結晶として多結晶Si棒を使用していたが、令和1年度は、単結晶Si板を使用してエピタキシャル成長を試みた。その結果、面方位により成長形態・速度の違いがあることが明らかとなった。今後の課題は、より実用的な方法として、石英ガラスチューブ等の内部をガス冷却することで、目的の基板上にSiを析出させることである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
「１．溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明」については、SiO2の溶解について明らかにし、溶解SiO2からの電解還元の指針を得た。また、「２．液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化」については、種結晶として単結晶Si板を用いることで、エピタキシャル成長が可能であることを確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、以下のような方針で研究を推進する。
１．溶融CaCl2中における液体合金カソード上でのシリカ電解還元のメカニズム解明
R1年度までの研究により、溶融CaCl2中における液体Znカソード上でのSiO2の電解還元に関して二つのメカニズムが存在すること、電解電位は0.6 V (vs. Ca2+/Ca)付近が好ましいことを明らかにした。また、電解還元が進み溶融塩中にO2-イオンが蓄積すると、SiO2が溶解することや、その溶解度の概略値が明らかになった。本年度は、液体Znカソード上でのSiO2電解還元を直接観察する検討を行う。これによりメカニズムに関して従来のアプローチでは得られなかった情報を獲得し、より効率的な電極構造や電解条件の開発・選定を行う。実験としては、まず融点の低いCaCl2-NaCl系を用いて実験手法を確認した後に、CaCl2系の検討を行う。
２．液体合金からのシリコン析出反応の基礎データ取得と最適化
R1年度までの研究により、液体Zn-Si合金からのSi析出の際に、種結晶として多結晶Si棒を用いると、その上にSiが優先的に析出すること、種結晶として単結晶Si板を用いると、エピタキシャル成長が可能であることが分かった。本年度は、より実用的な方法として、石英ガラスチューブ等の内部をガス冷却することで、目的の基板上にSiを析出させることを検討する。効率的な冷却のためにチューブ内部に熱伝導性の高い銅などの金属を充填する工夫を行う。得られたシリコンは純度等を分析し、連続的かつ効率的な回収法の提案を目指す。
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