非理想的な系における熱輻射発電特性の解明

非理想系统中热辐射发电特性的阐明

基本信息

批准号：
22K13993
负责人：
中村徹哉
金额：
$ 1万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は，太陽電池素子と同様の構造を用いて，太陽光エネルギーではなく暗状態で熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱輻射発電技術に関するものである．近年，太陽電池材料である半導体の高品質化が進み，それに伴い，半導体が本来持っている特性が実現されつつあり，このような背景から熱輻射発電に注目が集まっている．この熱輻射発電の最大の特徴は，地球の熱エネルギーを深宇宙に向けて放出することなどにより，夜間の発電が可能になる点である．本発電素子は太陽電池として昼間には光発電も可能であることから，昼夜に亘る電源として用いることができると期待される．2022年度は3カ年計画の1年目で，熱輻射発電効率向上の指針となり得る理論モデルの構築や実用的なデバイス構造の提案に向けて，主に実験系の構築に取り組んだ．実験系は所属機関が所有する極低温真空チャンバーに，本資金で購入したヒータ，温度調節器，フランジ等を取り付け，構築した．構築した実験系を用いて熱輻射発電実験が実施可能か，ガリウムアンチモン太陽電池を用いて検証を行った．太陽電池の周囲は極低温真空チャンバーのシュラウド温度をおよそ100ケルビンに冷却することで深宇宙を模擬し，太陽電池の温度はヒータを用いて変化させた．周囲の温度に対して太陽電池温度を高くすると，太陽電池の発電が確認された．また太陽電池温度を変化させることで発生電流が変化することを確認し，その傾向が理論モデルと合致していることから，構築した実験系を用いて本研究の実施が可能であることを確認した．

该研究主题涉及热辐射发电技术，该技术使用与太阳能电池设备相似的结构将热能转换为黑暗状态而不是太阳能的电能。近年来，是太阳能电池材料的半导体已经变得越来越先进，因此，正在实现半导体的固有特性，并且由于这种背景，注意力集中在热辐射发电上。这种热辐射发电的最大特征是，它可以通过将地球的热能向深空的热能释放来允许夜间发电。该发电元件可以用作太阳能电池作为光伏电池，因此可以预期它可以全天用作电源。 2022财年是三年计划的第一年，主要是在实验系统的构建上，旨在建立理论模型，以提高热辐射发电效率并提出实用的设备结构。实验系统是通过将加热器，温度控制器，法兰等附加到使用该资金购买的加热器，温度控制器，法兰等来构建的。使用构建的实验系统，我们验证了是否可以进行热辐射产生实验，并使用了镀耐剂太阳能电池。通过冷却极度低温真空室的裹尸布温度，将太阳能电池的周围环境模拟大约100 kelvin，并使用加热器变化了太阳能电池的温度。当太阳能电池温度相对于环境温度升高时，确认了太阳能电池的产生。我们还确认，当太阳能电池温度更改时，生成的电流变化，并且由于这种趋势与理论模型匹配，因此可以使用构造的实验系统进行这项研究。