太陽電池モジュール内酢酸の非破壊検出用局在表面プラズモン共鳴センサの開発

开发用于无损检测太阳能电池组件中乙酸的局域表面等离子体共振传感器

基本信息

批准号：
16K21026
负责人：
長崎秀昭
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽光発電コストの低減は、我が国の電力エネルギ確保の観点から喫緊の課題である。太陽光発電コストを低減するためには、太陽電池（PV）セルの発電効率向上と共に、PVモジュール長寿命化による発電総量の向上が必要である。しかし、現状のPVモジュール耐久性は20年程度であり、耐久性を損なう主要因として、封止材エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（EVA）から発生する酢酸による問題が報告されている。そのため、PVモジュールの耐久性向上につなげるためには、PVモジュール内の酢酸濃度分布をモニタリングし定量評価する必要がある。現在、PVモジュール内の酢酸濃度の定量評価には、イオンクロマトグラフ分析法が用いられている。しかし、本手法は破壊測定であり、試料取り出し時の酢酸蒸発に起因する測定結果のばらつき、同一PVモジュールの経時評価不可能などの問題がある。近年、ラマン散乱分光法による非破壊酢酸検出が試みられているが、定性評価に留まっている。そのため現在、PVモジュール内の酢酸濃度を非破壊・定量評価する手法が全くない状態である。本研究では、太陽電池モジュール外部から光によるリモートセンシングが可能な局在表面プラズモン共鳴（LSPR）酢酸検出センサを開発し、高温高湿試験中のPVモジュール内の酢酸濃度を非破壊・経時的・定量的に明らかにする。そこで本年は、LSPR酢酸検出センサの開発を進めた。まず、有限差分時間領域法電磁場解析によりLSPRセンサ構造の設計・最適化を行った。その結果、直径1 μmシリカ粒子の六方最密充填構造に金50nmを蒸着したセンサが最適であった。次に作製したLSPRセンサの屈折率感度、耐熱性評価を行い、PVモジュール製造時およびダンプヒート試験中の高温環境に十分耐えられるLSPRセンサを開発した。

从确保日本电力能源的角度来看，降低太阳能发电成本是一个紧迫的问题。为了降低太阳能发电成本，有必要提高太阳能电池（PV）电池的发电效率，并通过延长PV模块的寿命来提高发电量。然而，当前的PV模块的耐用性约为20年，损害耐用性的主要因素是由乙二醇乙烯乙烯乙烯酯共聚物树脂（EVA）产生的乙酸引起的问题。因此，为了提高PV模块的耐用性，有必要监测PV模块内的乙酸浓度分布并对其进行定量评估。当前，离子色谱分析用于定量评估PV模块中乙酸的浓度。但是，该方法是一种分解测量，并且存在一些问题，例如在取出样品时乙酸蒸发引起的测量结果的变化，并且无法随着时间的推移评估相同的PV模块。近年来，已尝试通过拉曼散射光谱法检测非破坏性乙酸，但仅对它进行了定性评估。因此，目前尚无对PV模块内乙酸浓度的非破坏性或定量评估的方法。在这项研究中，我们开发了一个局部的表面等离子体共振（LSPR）乙酸检测传感器，该传感器允许从太阳能电池模块外部的光中进行远程感测，并将在高温和湿度测试中发现PV模块内的乙酸浓度，非损害，时间和定量。因此，今年我们继续开发LSPR乙酸检测传感器。首先，LSPR传感器结构是通过有限差时域电磁场分析设计和优化的。结果，具有50 nm金的传感器沉积在直径为1μm的六角形闭合结构上，是最佳的。接下来，评估了制造的LSPR传感器的折射率敏感性和耐热性，并在PV模块制造过程中可以承受高温环境的LSPR传感器，并在开发了转储热测试期间。