太陽光から熱・電気エネルギーを創るハイブリッド変換デバイスの開発

开发利用阳光产生热能和电能的混合转换装置

• 批准号: 20K05699
• 负责人: 奥原 芳樹
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan Fine Ceramics Center
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05699/
• 关键词: 太陽光; 光励起熱電子放出; 半導体; 仕事関数; エネルギー; 電子放出; 波長選択光吸収

本研究では「太陽光から熱と電気の両面で高効率にエネルギー回収できる革新デバイス」として、線集光型太陽熱レシーバの太陽光吸収膜に『光増強熱電子放出』を発現させる新規なデバイスの構築を目指す。下記のデバイスでは、カソード側の太陽光吸収層によって熱＋光励起された電子を生成し、真空を介してアノード側へ放射させて発電させる。カソード：BaSrOx / β-FeSi2 / Si基板 / 裏面Ag電極アノード：Sn添加In2O3 / SiO2基板これらの中で最も成膜の難しい層が、低い仕事関数によって電子放射層となるBaSrOx膜である。この層は、BaCO3+SrCO3＋グラファイト粉末ターゲットによってスパッタリング成膜し、その膜を真空熱処理する際のCO脱離還元作用によってBaSrOx相となる。カソードの構造上、BaCO3+SrCO3＋Graphite膜をβ-FeSi2膜上に成膜した後に真空熱処理してBaSrOx膜とする必要があり、その高温下での界面反応が懸念された。そこで、このCO脱離還元の温度下限を探り、450℃でも十分に還元が進行してβ-FeSi2膜上でBaSrOx膜を形成・保持できることを見出した。さらに、そのBaSrOx膜の組成分析を進めた結果、残存する炭素成分は5 at.%以下と極めて少なく、電子放射機能への影響は軽微と期待された。しかし、このBaSrOx膜は常温大気中で炭酸塩に戻る課題を抱え、外部機関での評価予定の仕事関数測定が停滞している。一方、（Ba,Sr）CO3の仕事関数1.25eVがBaSrOx膜0.99eVに近いという文献を見出し、有望な電子放射層の候補として挙げられた。BaCO3+SrCO3粉末ターゲットによる成膜の結果、これら炭酸塩の中間的な面間隔をもつ（Ba,Sr）CO3膜を形成できた。今後、これらの電子放射層をもとにデバイス化を進める。

这项研究旨在建立一种新设备，可以在热量和电力方面从阳光中有效回收能量，并创建一种新设备，可以在线浓缩的太阳能热接收器的太阳能吸收膜中发出轻度增强的热电子排放。在下面的设备中，产生了由太阳能吸收层加热和光激发的电子，并通过真空通过真空辐射到阳极侧以产生电力。阴极：basrox/β-fesi2/si底物/ag电极阳极：sn-doped in2O3/siO2底物，最困难的沉积层是basrox膜，由于工作函数低，它变成了电子发射层。通过使用BACO3+SRCO3+石墨粉目标来溅射该层，并且由于膜被真空加热时CO取消吸收效果，将膜形成为Basrox相。由于阴极的结构，有必要在β-Fesi2膜上形成BACO3+SRCO3+石墨膜，然后在β-FESI2膜上形成真空热处理以形成Basrox膜，并且人们担心在高温下的界面反应。因此，我们研究了CO解吸降低的较低温度极限，并发现还原在450°C下进行了足够的进行，以形成并在β-FESI2膜上保持Basrox膜。此外，在分析了Basrox膜的组成之后，其余的碳含量极小，为5％或更少，并且对电子发射函数的影响预计较小。但是，这种Basrox膜面临着在室温大气中返回碳酸盐的挑战，并且安排外部机构评估的工作功能测量正在停滞不前。另一方面，文献发现（BA，SR）CO3的工作函数为1.25EV，接近Basrox膜的0.99EV，并被引用为有前途的候选电子发射层。由于使用BACO3+SRCO3粉对膜形成，形成了A（BA，SR）CO3膜，并在这些碳酸盐之间进行中间表面间距。将来，我们将继续将这些电子发射层变成设备。