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超高効率太陽電池・関連材料の最前線

  • Frontier of Ultra-High Efficiency Solar Cells and Their Materials
★ 多接合や量子ドットといった超高効率太陽電池の技術課題を探る!
★ フォトニック結晶,グラフェン,ZnOなどの新型素材を紹介!
★ 新エネルギー時代においての注目のテーマだけに必至!

商品コード: T0775

  • 監修: 荒川泰彦
  • 発行日: 2011年8月
  • 価格(税込): 69,120 円
  • 体裁: B5判,221ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0310-9

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  • 多接合/Ⅲ-Ⅴ族化合物/バンドギャップ/集光/波長変換膜/フォトニック結晶/グラフェン/ZnO系透明導電膜/ビーム加工/ナノインプリント/薄膜多接合シリコン/量子ドット/有機薄膜/CIGS/InGaAsN/追尾システム

刊行にあたって

 近年,環境・エネルギー問題が大きな関心を集める中,大震災以降,とりわけ太陽光発電等再生可能エネルギーの普及に大きな期待が寄せられている。我が国ではNEDO(独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構)が太陽光発電技術開発のロードマップPV2030+を示しているが,これによれば,2025年までに事業用電源並みの発電コスト(7円/kWh)の実現が求められている。
 これまで太陽電池の普及を支えてきたシリコン結晶太陽電池においては,そのエネルギー変換効率が既に限界に近づきつつある。将来の太陽光発電の本格的な普及に向けて,革新技術による太陽電池の超高効率化の実現が不可欠である。超高効率太陽電池については,これまでさまざまな提案や研究開発がなされてきた。最近では特に,量子ドット太陽電池に対する期待が大きくなっている。
 本書は,太陽電池については,既に多くの解説書がある中で,高効率新型太陽電池・材料の最前線の話題に絞って論ずることを目的として企画された。幸い,この分野の気鋭の研究者により執筆いただくことができた。本書では,まず,第1章で総論を述べ,2章では,高効率太陽電池を作成するための材料・技術として,希土類・色素ドープ蛍光体波長変換膜,フォトニック結晶と太陽電池への応用,グラフェンを用いた太陽電池用透明電極材料,ナノインプリント技術とその応用などについて述べる。3章では,多接合太陽電池として,超高効率多接合太陽電池の研究開発および薄膜多接合シリコン太陽電池の高効率化・高生産性化技術 について議論する。4章では,シリコン太陽電池として,太陽電池における高効率化技術および量子ドットを使った薄膜太陽電池について述べる。5章では,新型太陽電池・材料として,有機薄膜太陽電池と超階層ナノ構造素子,CIGS太陽電池の高効率化技術,量子・ナノ構造太陽電池,および太陽電池用新材料として窒化物半導体系太陽電池について述べる。6章では,集光型太陽電池システムとして,集光型太陽電池の動向,軸追尾型太陽光発電システムの開発を紹介する。本書を一読することにより,読者が将来の超高効率太陽電池の実現に向けた方向性を見出すことを期待したい。
(荒川 泰彦「はじめに」より抜粋)

著者一覧

荒川泰彦   東京大学 ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構 機構長,生産技術研究所 教授
河野勝泰   電気通信大学 産学官連携センター 特任教授
福田武司   埼玉大学 大学院理工学研究科 物理機能系専攻 助教
野田 進   京都大学 工学研究科 電子工学専攻 教授
藤井健志   富士電機ホールディングス(株) 技術開発本部 エネルギー・環境研究センター
市川幸美   富士電機ホールディングス(株) 技術開発本部 エネルギー・環境研究センター
山本哲也   高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 教授
佐藤泰史   高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 助教
牧野久雄   高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 准教授
山本直樹   高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 教授
寒川誠二   東北大学 流体科学研究所 教授
萩原明彦   東芝機械(株) 押出成形機技術部 コンバーティングマシン設計担当 主任
山口真史   豊田工業大学 大学院工学研究科 主担当教授
外山利彦   大阪大学 大学院基礎工学研究科 助教
豊島安健   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 主任研究員
黒川康良   東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻 助教
山田 繁   東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻
小長井誠   東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻 教授
吉川 暹   京都大学 エネルギー理工学研究所 特任教授
大野敏信   大阪市立工業研究所 研究主幹
辻井敬亘   京都大学 化学研究所 教授
仁木 栄   (独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 副センター長
八木修平   埼玉大学 大学院理工学研究科 助教
小島信晃   豊田工業大学 大学院工学研究科 助教
天野 浩   名古屋大学 大学院工学研究科 電子情報システム専攻 赤﨑記念研究センター 教授
重光俊明   大同興業(株) 経営統括本部 海外事業戦略部 次長
小西博雄   (株)NTTファシリティーズ ソーラープロジェクト本部

目次

第1章 高効率の新型太陽電池に向けて
1 はじめに
2 太陽電池発電システム開発に関するロードマップ
3 太陽光発電の技術課題
4 量子ドットの発展小史
5 むすび

第2章 高効率太陽電池を作成するための材料・技術
1 希土類・色素ドープ蛍光体波長変換膜
1.1 はじめに
1.2 「波長変換」とは
1.2.1 希土類・色素ドープ蛍光体
1.2.2 光吸収・放出の配位座標モデルによる表現
1.2.3 蛍光体の濃度消光
1.3 「波長変換方式」太陽電池の実際
1.3.1 原理と構成
1.3.2 蛍光体薄膜と太陽電池の波長整合
1.3.3 有機ポリマーの紫外線による劣化と対策
1.4 変換効率向上の結果
1.5 おわりに

2 ゾル-ゲル法を利用した太陽電池用波長変換フィルムへの応用
2.1 はじめに
2.2 ゾル-ゲル法の原理と作製方法
2.3 ゾル-ゲル法で封止したEu錯体の特性
2.4 おわりに―今後の研究・技術展望―

3 フォトニック結晶と太陽電池への応用
3.1 はじめに
3.2 フォトニック結晶の基本
3.3 フォトニック結晶の応用例(大面積レーザ)
3.4 フォトニック結晶の作製技術の進展
3.5 太陽電池への応用
3.5.1 フォトニックバンドギャップ効果で電子・正孔の再結合抑制
3.5.2 フォトニック結晶の共振作用で光の吸収を増強
3.5.3 フォトニック結晶の特異な分散効果の活用により光の進行方向を変換
3.5.4 黒体輻射そのものを制御(フォトニック結晶効果に加え,電子状態の制御法をも併用)
3.6 まとめ

4 グラフェンを用いた太陽電池用透明導電膜の開発
4.1 はじめに
4.2 グラフェンの特徴
4.3 グラフェンの成膜技術
4.4 化学的剥離によるグラフェンの成膜
4.5 CVD法によるグラフェンの成膜
4.6 おわりに

5 薄膜太陽電池用 ZnO 系透明導電膜
5.1 はじめに
5.2 透明導電膜の基本的役割
5.3 太陽電池用透明導電膜の特性
5.3.1 薄膜Si太陽電池用透明導電膜SnO2
5.3.2 CIGS 太陽電池用透明導電膜ZnO
5.4  ZnO透明導電膜の電気特性・光学特性の両立
5.4.1 導電性
5.4.2 透明性
5.5 まとめ

6 超低損傷・中性粒子ビーム加工を用いた量子ナノ構造の形成
6.1 序論
6.2 中性粒子ビーム生成装置
6.3 サブ10nm量子ナノ構造の作製
6.4 まとめ

7 ナノインプリント技術とその応用
7.1 はじめに
7.2 ナノインプリントの特徴
7.3 ナノインプリント装置の方式と特徴
7.3.1 プレス式ナノインプリント装置
7.3.2 ロールtoロール式UVインプリント装置
7.3.3 モールドの大面積化
7.4 フレキシブル薄膜シリコン太陽電池におけるナノインプリントへの応用
7.4.1 フレキシブル太陽電池基材コンソーシアム
7.4.2 薄膜シリコン太陽電池の特徴
7.4.3 UVナノインプリントプロセスによるテクスチャフィルムの形成
7.4.4 テクスチャ付セルの太陽電池特性
7.5 おわりに

第3章 多接合太陽電池
1 超高効率多接合太陽電池の研究開発
1.1 はじめに
1.2 多接合太陽電池の高効率化の可能性
1.3 多接合太陽電池の主要効率支配要因
1.3.1 バルク再結合損失
1.3.2 表面・界面再結合損失
1.3.3 セルインターコネクション
1.3.4 その他の効率支配要因
1.4 多接合太陽電池の高効率化と宇宙用太陽電池としての実用化
1.5 格子不整合系InGaP/GaAs/InGaAs 3接合太陽電池の高効率化
1.6 低コスト化を狙った集光型太陽電池
1.7 多接合太陽電池の将来展望
1.8 おわりに

2 薄膜多接合シリコン太陽電池の高効率化・高生産性化技術
2.1 はじめに
2.2 高効率化技術
2.2.1 a-Si太陽電池
2.2.2 μc-Siボトムセル
2.2.3 光マネジメント技術
2.3 高生産性化技術
2.3.1 高速製膜技術
2.3.2 大面積製膜技術
2.4 おわりに

第4章 シリコン太陽電池
1 太陽電池における高効率化技術
1.1 はじめに
1.2 太陽電池材料の光吸収特性
1.3 発生したキャリアの収集と取り出し
1.3.1 結晶系の場合
1.3.2 薄膜系の場合
1.4 高効率シリコン系太陽電池の例
1.4.1 PERLセル
1.4.2 HIT構造
1.4.3 バックコンタクト
1.4.4 中間反射層を有する薄膜ハイブリッドセル
1.5 まとめ

2 量子ドットを用いた薄膜太陽電池
2.1 太陽光発電技術開発ロードマップPV2030+と第三世代太陽電池
2.2 シリコン量子ドットを用いた太陽電池
2.2.1 オールシリコンタンデム太陽電池
2.3 マルチエキシトン効果を利用した太陽電池

第5章 新型太陽電池・材料
1 有機薄膜太陽電池と超階層ナノ構造素子
1.1 はじめに
1.2 高効率化への道筋
1.3 光活性層に用いられる半導体材料
1.3.1 n型半導体
1.3.2 p型半導体の開発
1.4 超階層ナノ構造素子の開発
1.5 将来展望

2 CIGS太陽電池の高効率化技術
2.1 はじめに
2.2 CIGS太陽電池の特徴
2.3 高効率化への要求
2.4 小面積セルの高効率化
2.4.1 水蒸気援用多元蒸着法
2.4.2 界面・表面の評価
2.5 集積型サブモジュールの高効率化技術
2.6 フレキシブルCIGS太陽電池の開発
2.7 まとめ

3 量子・ナノ構造太陽電池
3.1 中間バンド型太陽電池
3.2 量子ドット超格子を用いた中間バンド型太陽電池
3.3 ホットキャリア型太陽電池
3.4 量子ナノ構造のホットキャリア型太陽電池への応用

4 太陽電池用新材料InGaAsN
4.1 格子整合系4接合太陽電池用新材料
4.2 InGaAsN太陽電池
4.3 InGaAsN材料の欠陥物性
4.4 InGaAsN成膜技術の進展
4.5 おわりに

5 AlGaInN系太陽電池
5.1 はじめに
5.2 作製法および評価法
5.3 実験結果
5.3.1 必要な光吸収層厚さ
5.3.2 下地層低転位化の必要性
5.3.3 超格子構造導入の効果
5.4 まとめ

第6章 集光型太陽電池システム
1 集光型太陽電池の動向
1.1 海外における集光型太陽電池事情
1.1.1 米国市場
1.1.2 欧州市場
1.1.3 豪州市場
1.1.4 中近東市場
1.1.5 インド市場
1.2 集光型太陽電池の適地(海外)
1.3 国内集光型太陽電池事情
1.3.1 用途開発が重要

2 軸追尾型太陽光発電システム
2.1 システム構成
2.1.1 一軸追尾システム
2.1.2 集光追尾システム
2.2 追尾システム
2.3 実施例
2.3.1 一軸追尾システム
2.3.2 2軸追尾システム
2.3.3 集光追尾システム
2.4 実測例
2.5 今後の課題
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