環境低負荷半導体材料による排熱・光-電気エネルギー変換素子の開発

开发使用环境负荷低的半导体材料的废热/光电能量转换元件

• 批准号: 06J00102
• 负责人: 赤坂 昌保
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J00102/
• 关键词: エネルギー効率化; 環境材料; 結晶工学; 排熱利用; 太陽光発電; 廃熱利用

本研究では、省エネルギー(排熱リサイクル、太陽光発電)、環境低負荷を視野に入れた熱電変換材料Mg_2Si、 Mg_2Si_xGe_<1-x>及び高効率太陽光発電材料Si_xGe_<1-x>を対象としている。そこで本年度は、p・n形バルクMg_2Si、 Mg_2Si_xGe_<1-x>の熱電特性の向上及びモジュール化に向けた基礎技術の蓄積、また、均一組成Si_xGe_<1-x>の製造プロセスの条件抽出とその物性評価を行った。結果として以下の知見が得られた。(1)Biのドーピング条件、育成条件を最適化することによりn形バルクMg_2Si結晶において無次元性能指数ZT=1.08(at 861K)を達成した。(2)p形バルクMg_2Si_<1-x>Ge_x焼結体の作製において、Ge組成の低いp形Mg_2Si_<1-x>Ge_x(x=0.1〜0.4)の作製が可能となり、また、Mg_2Siにおいてn形の伝導に寄与する不純物の量を低減することにより、p形Mg_2Si焼結体が再現性良く作製可能となった。(3)モジュール化に要求される電極の選定とその作製条件の抽出を行った。電極を形成したn形Mg_2Siにおいて1素子当たり起電力約40mV(ΔT=500K)が得られた。(4)フルポテンシャル第一原理計算コードABCAP(All electron Band CAlculation Package)を用いて熱電特性(ゼーベック係数)を算出した。計算結果は実測値と比較され、実測値と良く一致した。(5)垂直ブリッジマン法を用いた整形結晶化法により、組成の均一なSi_xGe_<1-x>結晶を作製した。作製されたSi_xGe_<1-x>結晶にPN接合を形成し光電流評価を行った。また、フルポテンシャル第一原理計算コードABCAPによりSi_xGe_<1-x>のバンド構造の計算を行った。これらの知見は、上記素材の実用化へ向けた取り組みにおいて重要な位置づけとなると見込まれる。

In this study, the thermoelectric conversion materials Mg_2Si, Mg_2Si_xGe_and the solar light-transmitting materials Si_xGe_with high efficiency were studied.<1-x><1-x>This year, the accumulation, optimization and evaluation of thermoelectric properties of Mg_2Si, Mg_2Si_xGe_in the p-n-type and p-n-type Si_xGe_in the basic technology of homogeneous composition Si_xGe_were carried out.<1-x><1-x>As a result, the following knowledge was obtained. (1)Bi The optimum conditions for growth and growth of Mg_2Si crystals were obtained, and the dimensionless performance index ZT = 1.08 (at 861 K) was obtained. (2)p The processing of Mg_2Si_Ge_x sintered body with low Ge composition and low Ge composition can reduce the amount of impurities in Mg_2Si_Ge_x sintered body.<1-x><1-x>(3)Selection of electrode and extraction of operating conditions required by the process The electrode was formed in the form of n-type Mg_2Si. When the voltage was about 40 mV (Δ T = 500 K), it was obtained. (4)The first principle calculation method ABCAP (All electron Band CAlculation Package) is used to calculate the thermoelectric characteristics. The calculation results are consistent with each other. (5)Si_xGe_crystals with uniform composition were prepared by vertical crystallization method<1-x>Si_xGe_crystal junction<1-x>The first principle calculation of Si_xGe_structure is carried out.<1-x>This is the most important part of the book.

项目成果

Composition dependence thermoelectric properties of sintered Mg_2Si_<1-x>Ge_x(x=O to 1)initiated from a melt-grown polycrystatalline source

熔融生长多晶源烧结 Mg_2Si_<1-x>Ge_x(x=O to 1) 的成分依赖性热电性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Thin Solid Films 515
• 作者: M. Akasaka;M. Akasaka
• 通讯作者: M. Akasaka

Crystal Growth of Mg_2Si by the Bridgman Method and the Doping Effect of Bi and Al on Thermoelectric Characteristics

布里奇曼法Mg_2Si晶体生长及Bi、Al掺杂对热电特性的影响

• 发表时间: 2008
• 期刊: Mater. Res. Soc. Proc. (Mater. Res. Soc. 2007), (in press)
• 作者: 長谷川秀樹;一戸猛志;M. Akasaka;J. Sato;M. Fukano
• 通讯作者: M. Fukano

Plasma Activated Sintering法によるAgドープMg_2Siの熱電特性評価

等离子体活化烧结法评价Ag掺杂Mg_2Si热电性能

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Akasaka;M. Akasaka;M.Akasaka;M.Akasaka;T.Baba;T.Nemoto;J. Sato;M. Fukano;Y. Oguni;M. Akasaka;中澤 直人
• 通讯作者: 中澤 直人

垂直ブリッジマン(VB)法によるMg_2Si結晶育成及びBiドープによる熱電特性の変化

垂直布里奇曼（VB）法生长Mg_2Si晶体以及Bi掺杂引起的热电性能变化

• 发表时间: 2007
• 作者: M. Akasaka;M. Akasaka;M.Akasaka;M.Akasaka;T.Baba;T.Nemoto;J. Sato;M. Fukano;Y. Oguni;M. Akasaka;中澤 直人;深野 正嵩
• 通讯作者: 深野 正嵩

Bulk crystalline photovoltaic Si_<1-x>Ge_x(x=0.3〜0.8)by using a die-casting growth method

压铸生长体晶光伏Si_<1-x>Ge_x(x=0.3～0.8)

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings 21st European Photouoltaic Solar Energy Conference
• 作者: M. Akasaka;T. Iida;T. Baba;S. Kawakami;K. Nishio;Y. Takanashi;T. Baba
• 通讯作者: T. Baba