極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

最新量子熱電変換子技術Ⅰ

2018年01月13日 | デジタル革命渦論

   

        離婁(りろう)篇    /    孟子   

                                    

       ※ 本当の教え方:逢蒙(ほうもう)羿(げい)に弓術を学んだ。奥儀
         をきわめてから考えた。おれにまさる者は天下に昇ただ一人だ、と。
         そこで羿を殺してしまった。この故事を孟子が批評した。「羿にも
         罪がある。公明儀(曽子の弟子)はりは見ていないのだが、わたし
         は、罪が軽いうだけで、ないとはいえないと思う。鄭君が子濯孺子
         (したくじゅし)に命じて衛を攻めさせたときのことだ。衛は、廙
         公之斯(ゆうこうしし)に命じて鄭郡を撃退させた。敗走する子濯
         孺子が、『今日は持病の発作で弓が引けぬ。もうこれまでか』と、
         つぶやいて、御者に、『わしを追っているのは誰だ』『庚公之斯で
         す』『それなら命びろいじゃ』『どうしてです? 庚公は衛国の弓
         の達人ですが』『かれは尹公之他(いんこうした)から弓を習った。
         ところが尹公にはこのわしが敦えたのだ。尹公は礼儀正しい男だっ
         たから、弟子を選ぶにもきっと礼儀正しい人物を選んだにちがいな
         いのだ』そこへ庚公之斯が追いせまり、子濯孺子に呼びかけた。『
         どうして弓をお取りにならぬ』『持病が出たのだ』『わたしは尹公
         之他から弓を習い、尹公之他はあなたから習った。あなたの弓術で
         あなたを殺すにはしのびません。とはいえ今日は君命による戦いで
         す。戦わぬわけにはまいりません』 そう言って、矢をえびらから
         抜くと、車輪にたたきつけてやじりを取り、四本放って引きあげた」

       〈逢蒙 羿〉羿は弓の名人。夏王朝時代の有窮国の君主。逢蒙はその臣。 

 

 

 

     No.130 

【ソーラータイル事業:最新シリコン単結晶系技術】 

 Jan 11, 2018

● 変換効率19.4%の真っ黒なシリコン単結晶型ソーラーパネル

韓国のSolaria社は、真っ黒な米国加州に高変換効率19.4%のモノシリック型太陽電池パネル(mono
PERC「PowerXT®-350R-PD:
上ビデオクリック参照)。同社の生産ラインは現在、カリフォルニア州フリ
ーモントにある40メガワット/年と韓国の60メガワット/年ラインの2つが稼働中である。また、
同社は200メガワットの太陽光発電生産計画を発表しており、今朝の見込みでは2300万ドル(約
26億円)の資金調達が見込まれている(生産場所は未公表)
。同社の話によると、近い将来ペロブス
カイト層を組み込み3~8%(トータルで22.4~27.4%)の高変換効率のパネルを生産供給する
とのことである(下図参考)。

  Tiled solar cell Apr. 8, 2017

【サーマルタイル事業:最新量子熱電変換子技術Ⅰ】

❏ トヨタ自工北アメリカ株式会社の特許事例

● 
US 9865790 B2 Nanostructure Bulk Thermoelectric Material :ナノ構造バルク熱電材料

【概要】

熱電素子には、温度勾配(例えば、ゼーベック効果を使用する熱電発電機)から電気エネルギー
を得るため、または電気エネルギーから熱勾配を生成するために使用され得る(例えば、ペルチ
ェ効果を用いる熱電冷蔵庫)がある。典型的な熱電デバイスは 典型的には熱伝導性P型(P)お
よびN型(N)半導体
の対であるいくつかのユニカップルから構築される。これらのユニカップルは
、直列に電気的に並列接
続されている。理論的には、熱エネルギーの電気エネルギーへの変換
の最大効率は次式で算出される。

ただし、Tave=(T H
+ T C/2は平均温度であり、ZZ =S2σ/κして定義される性能指数t)であ
る。性能指数Z は、材料の巨視的な輸送パラメータ、すなわちゼーベック係数(S)、導電率(σ)、
および熱伝導率(κ)に依存する。大きなゼーベック係数、高い導電率、および低い熱伝導率を有する
熱電材料により大きな性能指数をえる。ゼーベック係数は、ゼーベック効果を示す回路のホット接点
とコールド接点との間の温度差に対する開放電圧の比、または S = V /(T h -T Cとしてさらに定義さ
れる。Zは温度に応じて変化するので、有用な無次元指数をZTと定義できる

1950年代の終わりまでに、最良のバルク熱電材料は、テルル化ビスマスとアンチモンとの合金であり、
これは室温ZT〜1を与えた。熱電界の労働者は過去40年間に性能指数の向上を試みる。 ZTを増加さ
せることは困難である。というのも、3つのパラメータSσ、およびκ は、すべて自由キャリア濃度に
関連し通常は独立していない。例えば、ドーピングは、典型的には、半導体の電気伝導度を増加させる
が、ゼーベック係数を減少させ、熱伝導率を増加させる。合金化による格子熱伝導率を低下させる努力
は、余分な散乱機能を付与すれば導電性も低下できる。理論的には、MITDresselhausおよび研究グル
ープは、熱電材料のナノワイヤ内の電子およびフォノンの量子閉じ込めがZT値を増加させる実証を行
っている。ナノワイヤの直径が5~10ナノメーターの範囲にある場合、特に1次元ナノワイヤはZT

2~5
いくつかの構造が研究されており、例えば, Heremans.J.P et.al., "Thermoelectric Power of Bism-
uth Nanocomposites
"; Phys。 Lett。 2002、88、216801; Venkatasubramanian、R.et.al., "Thin-film thermoelectric
device with high room temperature figures of merit; Nature; 2001, 413, 597-602; Harman, T0. C, et al., "Thermoel-
ectric quantam dot superlattices with high ZT"; Electron Mater,;2000, 29L1-L4;Rabin, O. et al., "Anoma-lously
high themoelectric figure of merit in Bi1-xSbx nanwires by by carrier pocket alignment"; APL;2001, 79, 81-83; a
nd Dresslhaus, M. S. et al., "Low - domensional themoelectric materials"; PSS; 1999, 41, 679-682.

しかしながら、これらのアプローチは、大規模で低コストの熱電装置を生産の簡単なアプローチではな
い。
従来の半導体デバイスの製造方法は、バルクサンプルを製造するには不適切であり高価である
動車では、燃料から得られるエネルギーの約70%が熱と装置冷却として失われる。
燃料燃焼ではるエ
ネルギーの一部しか使用されず大量の熱エネルギーが排気される。
廃熱エネルギー回収は、エネルギー
危機の増大により自動車産業においては大きな課題であり、
熱エネルギーから電気エネルギーへの熱電
変換は有効な方法となるが、
直接熱変換から電気変換(DTEC)技術は、現在、2つの大きな課題、❶
変換効率が低く、❷電力密度が不十分であるという問題に直面しており、
高熱電変換効率へのる改良が
緊急な課題となっている。 

熱電複合材料は、少なくとも1つが熱電材料である2つ以上の成分を含む。熱電複合材は、熱電構成要
素の性能指数を高めるナノスケール構造を有する。一例では、熱電複合材は、第1の成分および第2の
成分を含む。第2の成分は、第1の成分よりも実質的に少ない導電率と、第1の成分よりも高い溶融温
度ともち、熱電材料は、第2成分のナノ粒子をネットワークに分散させた第1成分のネットワークを含
む。また、別の態様では、熱電材料製造工程は、第1/第2成分と同じ工程であり、第1/第2成分は
混合され分散混合物を形成してよい。分散された混合物は、第1の成分融点付近の温度が焼結され、第
2の成分のナノ粒子がネットワーク中に分散された第1の成分のネットワークを形成できる。第1の成
分は半導体材料でもよく、第2の成分は無機酸化物でもよい(詳細は下図クリック参照)。 

 Jan. 9, 2018

図1 発電モードで動作する熱電ユニツプの概略図、T およびT はそれぞれ高温壁および低温壁温
      度を図示、

図2 高効率熱電装置に使用されるナノ構造材料構造の概略図。図2Aは、図1の装置に使用するこ
   とができる可能なナノ構造物質の構造の詳細を図示。 

【特許請求範囲】  

  1. 熱電素子であって、第1の電気接点と、第2の電気接点と、第1の電気接点と第2の電気接点との
    間の電気経路内に配置されたバルク熱電材料とを含み、バルク熱電材料は、粒子を連続ネットワ
    ークに固結させることによって形成される半導体である第1の成分と、
    第2の成分の連続的なネ
    ットワークと、2つの双連続の相互浸透ネットワークを規定する第2の成分の連続的なネットワ
    ークとを含む熱電材料を含む。
    熱電素子であって、第1の電気接点と、第2の電気接点と、第1
    の電気接点と第2の電気接点との間の電気経路内に配置されたバルク熱電材料とを含み、バルク
    熱電材料は、粒子を連続ネットワークに固結させることによって形成される半導体である第1の
    成分と、第1の成分の連続的なネットワークと、2つの双連続の相互浸透ネットワークを規定す
    る第2の成分の連続的なネットワークとを含む熱電材料を含む。
  2. 熱勾配が熱電材料を含むデバイスの少なくとも一部の上に延在するとき、第1の電気コンタクト
    と第22電気コンタクトとの間に電位を提供する、請求項1に記載の熱電デバイス。
  3. 粒子を連続的なネットワークに固化させることによって形成された半導体である第1の成分と、
    電気的に絶縁性の無機酸化物である第2の成分とを含み、第1の構成要素の連続ネットワークと、
    2つの2連続相互貫入ネットワークを規定する第2の構成要素の連続ネットワークとを含むバル
    ク熱電材料。
  4. 前記熱電材料が、1mmを超える最小の物理的寸法を有する厚膜またはバルク材料である、請求項
    3に記載の熱電材料。
  5. 前記第1の成分の導電率が、前記第2の成分の導電率より百倍以上大きい、請求項3に記載の熱
    電材料。
  6. 前記第1の成分の前記連続的なネットワークは、3次元の連続的なネットワークである、請求項
    3に記載の熱電材料。
  7. 前記第1成分は、テルル含有半導体、セレン含有半導体、およびシリコン - ゲルマニウム合金
    からなる群から選択され、前記第2成分は、第2の成分は、アルミナ、コバルト酸ランタン、コバ
    ルト酸ナトリウム、シリカ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムおよび
    酸化チタンからなる群から選択される材料を含む。
  8. 前記第1成分がテルル化ビスマスを含み、前記第2成分がシリカを含む、請求項3に記載の熱電
    材料。
  9. 前記第1成分がテルル化鉛を含み、前記第2成分が二酸化チタンを含む、請求項3に記載の熱電
    材料。
  10. 前記熱電材料内の前記第1成分の熱電係数は、量子サイズ効果によって高められている、請求項
    3に記載の熱電材料。

詳細説明】

この
実施例は、高い変換効率を有する熱電装置に使用できる高い性能指数を有する熱電材料を含み、
発明による例示的な熱電材料は、第1の成分と第2の成分とを含む複合材料である。
第1の構成要素は、
半導体または他の導電体であってもよく、量子閉じ込め効果が第1の構成要素の特性を変更するように
ナノ構造である。
第1の成分の例には、従来のバルク熱電材料(すなわち、バルクで著しい熱電特性を
発揮する材料)が含まれる。
材料は、必要とされる所望の動作温度範囲に基づいて選択することができ
る。
第1成分のために選択され得る材料には、テルル化ビスマスおよびその合金、ビスマス - アンチ
モン化合物(ビスマス - アンチモン合金またはテルル化ビスマスと呼ばれ得る)、テルル化鉛(PbTe)、
AGS(TeGe
SiGe)、およびLaFe 3 CoSb 12およびCeFe 3 CoSbのようなスクッテルダイト材料からなる群
から選択される、請求項1に記載の方法。
第1成分は、任意の半導体セレン化物またはテルル化物であ
り得る。
その他の資料については、他の場所で説明する。 


                                       この項つづく

 ● 今夜の一曲

めずらしく彼女が口ずさんでいたが、CMのBGMでもリバイバルしている。


 Source; Wikipedia

ジャンル:
ウェブログ
コメント   この記事についてブログを書く
この記事をはてなブックマークに追加
« 最新無隔膜電解工学Ⅲ | トップ | 最新量子熱電変換子技術Ⅱ »
最近の画像もっと見る

コメントを投稿

デジタル革命渦論」カテゴリの最新記事