Spectral control of surface Plasmon by Fabry-Perot interference and its application for near-field thermophotovoltaic power generation

法布里-珀罗干涉表面等离子体激元的光谱控制及其在近场热光伏发电中的应用

• 批准号: 20H02084
• 负责人: 花村 克悟
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02084/
• 关键词: 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

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。

In this study, the wavelength selected for this study was the proximity field light, which was used to generate electric power. Wavelength selected radiator については、タングステンピラーアレイ structured radiator およびIsland metal-insulated body-smooth inner metal structure radiatorを, The wavelength selection is based on the production of a thermal photovoltaic power battery and a グリッド-shaped surface electrode-thin film pn junction semiconductor-smooth electrode structure on the inside. Last year's annual molecular wire エピタキシャル device によりInAs substrate にTe ドープGa およびGa そしてSb の molecular wire によりn type G aSb と, Ga とSb の molecular line によりアンドープのp type GaSb とを each 々およその thick 50nm みにて laminated layer できることをconfirmation した. After the removal, the InAs substrate is made of acid, and the Si substrate is made of gold (Au), which is evaporated, and the surface is bonded by force bonding.りりけ、さらにp type GaSb surface にグリッド-shaped Au electrode をリソグラフィーとリフトオフによりproducedできることもconfirmedできた.ここで, pn junction GaSb semiconductor thin film であるため, そのsurface wavy のconcave and convex が生 ずること, さらに上记のAu steamed Si The substrate is attached and the edge is cracked, and the thin film pn bonding GaSb semiconductor is produced. The electrode is peeled off The production process of stable production is stable and stable. On the one hand, the radiator of the radiator is the reactive nature of the radiator.タングステンの smooth surface cross-section 800×800nmのピラーアレイ structure Made of できるものの, target とする section 100×100nm には to っておらず、レジストおよびThe adjustment of the drawing device is a trial and error operation.さらにIsland-shaped metal - insulated body - inner smooth metal structure radiator の production に つ い て も 同様 な サ イ ズ の island-shaped metal structure の production に つ い て trial and error を row った.

项目成果

メタマテリアルの設計、作製と新材料、デバイス開発への応用、（第2章、第2節 ナノサイズピラーアレイ構造表面による近接場光エネルギー輸送・変換

超材料的设计和制造及其在新材料和器件开发中的应用（第 2 章第 2 节纳米柱阵列结构化表面的近场光能传输和转换）

• 发表时间: 2022
• 作者: Seo Seungju;Kim Sanha;Yamamoto Shun;Cui Kehang;Kodama Takashi;Shiomi Junichiro;Inoue Taiki;Chiashi Shohei;Maruyama Shigeo;Hart A. John;志賀 拓麿;花村克悟
• 通讯作者: 花村克悟

熱ふく射の放射波長制御とその近接場光起電力電池発電への展開

热辐射的辐射波长控制及其在近场光伏电池发电中的应用

Near-field thermophotovoltaic generation by tuning spectral radiation using a structured emitter and metal-semiconductor-metal cell

通过使用结构化发射器和金属-半导体-金属电池调节光谱辐射来产生近场热光伏发电

• 发表时间: 2022
• 期刊: Thermal Science and Engineering
• 作者: Yuji Taniguchi;Katsunori Hanamura
• 通讯作者: Katsunori Hanamura

金属-半導体-金属多層膜構造を有する熱光起電力電池

金属-半导体-金属多层结构热光伏电池

• 发表时间: 2020
• 作者: 磯部 和真;沖野 亮太;花村 克悟
• 通讯作者: 花村 克悟

Fabrication of a metal-semiconductor-metal thin-multilayer structured cell for spectrum-controlled thermophotovoltaic power generation

用于光谱控制热光伏发电的金属-半导体-金属薄多层结构电池的制造

• 发表时间: 2021
• 作者: Merika Chanthanumataporn;Zhou Xueyi;Katsunori Hanamura
• 通讯作者: Katsunori Hanamura