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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。