高機能光トラップエミッタを用いた高変換効率太陽エネルギー駆動熱電子発電器

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太陽エネルギー利用熱電子発電器の出力特性を向上させるには、1)エミッタ加熱効率の向上、2)エミッタ温度範およびセシウム蒸気温度T_<Cs>、などの主要動作条件の最適化、および3)低仕事関数を有する材料開発が重要となる。これまでの研究から、エミッタ加熱効率の向上には光トラップ機能付きエミッタが有効であることがわかっている。この結果をもとに、光トラップ機能付きエミッタを備えた熱電子発電器と測定システムを構築し、屋外での太陽エネルギーを利用した発電実験を実施した。大気中に設置したエミッタの加熱実験では、晴天時の太陽光(パワー密度:860W/m^2)を集光することで40秒後にT_E=1300Kに達することを確認した。大気中でのエミッタ加熱は、大気の対流による熱損失およびエミッタ表面の酸化を無視できないが、真空容器内に電極を設置する際に生ずる様々な問題を解決できる。また発電実験では、T_Eを1300Kに保ち、7b、を400〜550Kまで変化させることで出力特性の変化を測定した。この結果、T_E=1300K、7b,=533Kの時に最大出力P_O=0.94W/cm^2が得られた。本実験により得られた出力特性は、特定の条件を満たすことで、我々が作成した太陽エネルギー利用熱電子発電器の出力解析プログラムの解析結果と良く一致する。発電出力の向上には、発電システムの大規模化による損失の低減と加熱効率の向上が有効である。また発電器電極の仕事関数を低減することが有効であり、低仕事関数の電極作成とその評価に関する研究を行っている。