Research

ナノシリコンを基軸として研究展開、半導体×異分野融合による先端研究

結晶シリコンは、これまでトランジスタや太陽電池など半導体の分野で広く用いられています。これは資源量が豊富で、無毒、安定、高性能などの多くの利点があるからです。 しかし、理論限界に近づき特性向上が困難になってきています。シリコンナノ構造はバルクシリコンでは不可能であった新たな物性を出現させることができることから、半導体分野以外の広がる可能性がでてきました。我々の研究室ではナノシリコン構造の作製からデバイス構造の作製までを研究しています。

特に力を入れている応用先
  • 太陽電池
  • 熱電変換素子
  • リチウムイオン電池
  • 燃料電池
  • その他、材料を使ってみたい方は連絡をお待ちしております
  • 様々な構造のナノシリコンの安価・大量作製技術の開発

    結晶シリコンは、これまでトランジスタや太陽電池など半導体の分野で広く用いられています。これは資源量が豊富で、無毒、安定、高性能などの多くの利点があるからです。 しかし、理論限界に近づき特性向上が困難になってきています。シリコンナノ構造はバルクシリコンでは不可能であった新たな物性を出現させることができることから、半導体分野以外の広がる可能性がでてきました。我々の研究室ではナノシリコン構造の作製からデバイス構造の作製までを研究しています。

    特に力を入れている応用先
  • 太陽電池
  • 熱電変換素子
  • リチウムイオン電池
  • 燃料電池
  • その他、材料を使ってみたい方は連絡をお待ちしております
  • 太陽電池の開発

  • ペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池
  • 単接合太陽電池の変換効率を突破するためにペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池の開発を行っています。タンデム太陽電池を実現するためには、2つの太陽電池を積層させるための接合層が必要です。本研究室
  • 結晶シリコン太陽電池
  • 結晶シリコンの高効率化には薄膜化による開放電圧が求められるが、薄膜化に伴い光吸収が減少する。そのため、これまでにない光閉じ込め技術が必須であり、本研究室では新規ナノ構造によって高い光吸収を目指しています。
  • ペロブスカイト太陽電池
  • ペロブスカイト太陽電池は結晶シリコンと同等の変換効率が得られるため注目されています。一方で、高い変換効率が得られてるのは鉛(Pb)が含まれており、今後の展開次第では使用できなくなる可能性があります。そこで、Pbに代わる元素を探索し高効率はペロブスカイト太陽電池の開発を行っています。

    熱電変換素子の開発

    熱電変換素子はこれまでBiやTeなど高価な材料が用いられてきました。そのため、ほかの発電デバイと比べ出力あたりの価格が高く実際に市場に出ることがありませんでした。安価な材料は熱電変換材料としてそれぞれに課題があり、特に資源量が豊富で安定な結晶シリコンは熱伝導率が高いとう問題点がありました。この問題点を解決する技術としてナノ構造が着目されています。MEMS技術を応用したナノ構造化シリコンは低熱伝導率になる報告が多数されております。ただし、発電デバイスは大面積化が必須になり、MEMS技術では研究室レベルから市場レベルへ拡大するときにコストのk台がでてきます。我々の研究室では低コストかつ大量にナノ構造シリコンを作製できる技術を有していることから、これらをプラズマ焼結することでナノ構造を含んだバルク体を作製する研究を行っています。
  • バルク体のメリット
  • 出力密度が大きい
  • 太陽光発電と違い、バルク体でもフレキシブル化は可能。
  • リチウムイオン電池の開発

    結晶シリコンのメリット
  • 高容量
  • 資源量が豊富
  • 結晶シリコンのデメリット
  • リチウムを吸収する際に膨張・破壊が起こる
  • 名古屋工業大学 加藤慎也研究室