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熱輻射光源 UPDATE

国内特許コード P170013754
掲載日 2017年3月15日
出願番号 特願2015-504273
出願日 平成26年2月28日(2014.2.28)
国際出願番号 JP2014055056
国際公開番号 WO2014136671
国際出願日 平成26年2月28日(2014.2.28)
国際公開日 平成26年9月12日(2014.9.12)
優先権データ
  • 特願2013-047281 (2013.3.8) JP
発明者
  • 野田 進
  • 芝原 達哉
  • デ ゾイサ メーナカ
  • 浅野 卓
  • 北野 圭輔
  • 鈴木 克佳
  • 井上 卓也
  • 石崎 賢司
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 熱輻射光源 UPDATE
発明の概要 本発明は、従来よりも材料の選択の幅が広く、それにより、容易に所望のピーク波長を有する光を得ることができる熱輻射光源を提供する。熱輻射光源10は、真性半導体から成る部材11に、該真性半導体のバンドギャップに対応する波長よりも短い波長の光に共振するように屈折率分布が形成されている光学構造を有する熱-光変換器を備える。外部から熱-光変換器に熱を供給すると、真性半導体におけるバンド間吸収により、カットオフ波長よりも短い波長帯にスペクトルを有する発光が生じ、その波長帯のうち光学構造において共振する共振波長λrの光が選択的に強められ、熱輻射光として発光する。本発明では、材料の選択の幅が広い真性半導体を用いるため、所望のピーク波長を有する狭帯域の光を生じる熱輻射光源を容易に得ることができる。
従来技術、競合技術の概要


一般に、物体を加熱すると、物体を構成する物質及び物体の温度に応じたスペクトルを有する光(電磁波)が放出される熱輻射が生じる。外部から照射した光を完全に吸収する理想的な物体(黒体)から発生する熱輻射は黒体輻射と呼ばれている。黒体輻射では、広い波長帯に亘って強度が分布し、その分布が温度のみによって定まる波長スペクトルを有する光が放出される。また、通常の物体を加熱した際の波長スペクトルも幅広い波長帯に亘る分布を有するが、同じ温度における黒体の波長スペクトルを超えることはできないことが知られている。このような熱輻射を利用して、広い波長帯に亘って強度が分布するスペクトルを有する光が放出される。このような場合、物体と熱源を組み合わせることにより、広い波長スペクトルを有する光源(熱輻射光源)を得ることができる。



一方、このような広い波長スペクトルを有する光ではなく、特定の波長帯において大きい強度を有する光を発する熱輻射光源も求められている。その一例として、太陽電池の分野が挙げられる。現在実用化されている太陽電池では、太陽光に含まれる広い波長帯のうち、特定の波長域の光のみが光電変換に寄与し、それ以外の波長の光のエネルギーは損失となる。



非特許文献1及び2には、AlGaAsから成る層と、GaAsから成る層を交互に積層して成る量子井戸構造を有する板状部材に、空孔が三角格子状に複数個設けられて成る2次元フォトニック結晶を有する熱輻射光源が記載されている。板状部材が加熱されると、量子井戸のエネルギー準位間における電子の熱励起により、エネルギー準位差に対応する複数の波長の発光が生じるが、その発光の波長スペクトルは一般的な熱輻射光源の波長スペクトルよりも狭い。さらに、2次元フォトニック結晶は、空孔の周期によって定まる所定波長の光に共振し、その波長の光を選択的に強めることができる。これら量子井戸及び2次元フォトニック結晶が組み合わされることにより、前記所定波長付近において線幅が狭くピークの強度が大きい波長スペクトルが得られる。

産業上の利用分野


本発明は、熱を光に変換する熱輻射光源に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
真性半導体から成る部材に、該真性半導体のバンドギャップに対応する波長よりも短い波長の光に共振するように屈折率分布が形成されている光学構造を有する熱-光変換器を備えることを特徴とする熱輻射光源。

【請求項2】
前記光学構造が、熱輻射光源から熱輻射光を放出させようとする方向に関して非対称性を有することを特徴とする請求項1に記載の熱輻射光源。

【請求項3】
前記光学構造が、前記真性半導体よりも屈折率が低い材料から成る基体の表面に、該真性半導体から成る高屈折率部材を2次元状に配置したものであることを特徴とする請求項2に記載の熱輻射光源。

【請求項4】
前記光学構造が、前記真性半導体から成る板状部材に、該板状部材とは屈折率が異なる異屈折率領域が周期的に設けられて成る2次元フォトニック結晶構造であり、該異屈折率領域が該板状部材に垂直な方向に関して非対称な形状を有することを特徴とする請求項2に記載の熱輻射光源。

【請求項5】
前記異屈折率領域が、前記板状部材の一方の表面で開口し、他方の表面で開口しないように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の熱輻射光源。

【請求項6】
前記光学構造が、3次元的に周期的屈折率分布を形成した3次元フォトニック結晶構造であることを特徴とする請求項1に記載の熱輻射光源。

【請求項7】
前記真性半導体がSiであり、前記共振の波長が1000nm以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の熱輻射光源。

【請求項8】
前記真性半導体が3C-SiCであり、前記共振の波長が750nm以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の熱輻射光源。

【請求項9】
請求項1~8のいずれかに記載の熱輻射光源と、該熱-光変換器が発する光を受光し、前記共振の波長を含む波長帯を有する光による光電変換を行う太陽電池とを備えることを特徴とする太陽光発電装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015504273thum.jpg
出願権利状態 公開
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