高効率太陽電池用および関連材料の研究開発

研究テーマ

• DLTS法によるシリコン結晶中の欠陥特性評価

• 化合物半導体/結晶シリコン多接合太陽電池用ボトムセルの研究開発

• ペロブスカイト/結晶シリコン多接合太陽電池用ボトムセルの研究開発

主な研究内容・成果

　・半導体プロセスが結晶シリコン中に形成する欠陥特性の解明
　・４子型化合物２接合／結晶シリコンタンデム太陽電池において、33.66％の変換効率実現
　　（シャープ、明大、名大との共同研究）
　・２端型ペロブスカイト/結晶シリコンタンデム太陽電池において、31.26％の変換効率実現
　　（京セラ、東芝、名大、明大との共同研究）

次世代半導体用材料の研究開発

研究テーマ

• 金属酸化膜半導体

• 次世代ALD用材料

主な研究内容・成果

・新規金属酸化膜の堆積評価と実デバイスへの応用
・新規Co配線形成用ALD原料による高品質Co金属堆積

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

高効率集光型太陽電池・材料の研究開発

研究テーマ

• シリコン基板上III-V族化合物太陽電池
• 低コストIII-V族化合物薄膜太陽電池
• 高効率多接合太陽電池用新材料
• 多接合太陽電池・材料の欠陥解析

主な研究内容・成果

①シリコン基板上III-V族化合物太陽電池

②低コストIII-V族化合物薄膜太陽電池

2インチSi基板から瞬間的にGaAsエピ層剥離

次世代太陽電池・材料の研究開発

研究テーマ

• 量子構造応用太陽電池
• 歪格子系太陽電池材料・構造
• 太陽電池電極の局所解析
• 表面量子構造の基礎と応用（太陽電池と光化学変換素子への展開）

主な研究内容・成果

①量子井戸島構造による赤外→可視光アップコンバージョン

次世代中間バンド型太陽電池の新提案

②歪格子系材料・構造

InGaAs/GaAs系の構造制御と計測

格子定数の違いによる歪の模式図

③新規エネルギーデバイスのためのパッシベーション技術

④新規結晶成長法の開拓Submonolayer (SML) 成長法による2D/3Dの精密制御

Control of 2D/3D Structures by SML growth(AFM/PL)

高性能熱電発電素子と熱電値の開発

研究テーマ

• 熱電素子の新規デザイン
• 熱電素子の高性能化とプロセスコストの低減
• 革新的熱電材料の開発

主な研究内容・成果

①熱電素子の新規デザイン

既存の熱電素子とは異なるデザインの素子として，複合材料型素子や，一体型（チップ型）素子，無機フレキシブル素子の研究開発を行っている．さらに，温度差を必要とせず，環境熱を吸収することで発電する素子の開発にも取り組んでいる．

図１　2層（2相）熱電素子

図２　無機フレキシブル熱電材料と素子

②熱電素子の高性能化とプロセスコストの低減

熱電素子の作製プロセスコストの低減を目指した開発研究を行っている．100℃以下の低温プロセスのみで作製可能な一体型（チップ型）熱電発電素子の開発にも成功している．

80℃の焼結で作製可能な熱電素子の作製方法 と性能評価の様子

③革新的熱電材料の開発

熱電発電を用いれば，無駄に捨てられている廃熱から有用な電力を生み出すことができる．しかし，性能，構成元素の希少性・毒性から，広く応用されるに至っていない．安価で無害な元素から構成され，かつ，高い性能を示す熱電材料を開発できれば，省エネルギーを導く革新的技術として，その波及効果は極めて大きいはずである．我々は，固体物理学の知識，電子構造の精密解析（理論計算と先端分光），高品質試料の作成技術を駆使することで，環境に優しい高性能熱電材料の創製を行っている．最近では，世界最高性能を示すバルク熱電材料や，革新的性能を示す可能性がある，新しい現象を発見するに至っている．

熱機能材料・デバイス創出に向けたナノ・マイクロ熱輸送学理の構築

研究テーマ

• アモルファス材料における熱輸送学理の解明
• 階層ナノ構造体のマルチスケール熱輸送解析
• 高圧構造の熱伝導特性の解明

主な研究内容・成果

①アモルファス材料における熱輸送学理の解明

アモルファス材料では、結晶材料とは異なる熱輸送機構が支配的になります。第一原理計算や格子動力学計算を用いて、熱輸送モードの局在化や短距離伝播を解析し、構造無秩序と熱伝導の関係を明らかにしています。これにより、次世代熱マネージメント材料の設計指針の構築を目指しています。（Appl. Phys. Lett. 125(1), 012201 (2024)）

②階層ナノ構造体のマルチスケール熱輸送解析

カーボンナノチューブやグラフェンは極めて高い熱伝導率を有する一方、その集合構造やネットワーク形成によって熱輸送特性が大きく変化します。ナノスケールからバルク材料までをつなぐマルチスケール解析により、高性能熱伝導材料・熱電材料の設計指針の構築を目指しています。（Carbon 223, 119048 (2024), Int. J. Heat and Mass Transf. 223, 126030 (2024). ）

③高圧構造の熱伝導特性の解明

第一原理計算により、高圧下における構造相転移を予測するとともに、各構造のフォノン物性や熱伝導特性を評価しています。高圧環境で発現する熱輸送特性を明らかにすることで、新たな熱機能の理解につながる知見を得ています。（Inorg. Chem. 63(44), 21121 (2024), Int. J. Thermophys. 46(8), 115 (2025), J. Phys. D: Appl. Phys. 59(10), 105303 (2026).）