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月刊機能材料 2020年4月号

【特集】高効率次世代太陽電池の実現に向けた革新的材料技術

商品コード: M2004

  • 監修: 松原浩司
  • 発行日: 2020年4月7日
  • 価格(税込): 4,400 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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著者一覧

松原浩司  (国研)産業技術総合研究所 
中野恭兵  (国研)理化学研究所 
細川浩司  花王㈱ 
反保衆志  (国研)産業技術総合研究所 
佐野健志  山形大学 
鎌田賢司  (国研)産業技術総合研究所 
古瀬裕章  北見工業大学
堀内尚紘  東京医科歯科大学 
金炳男  (国研)物質・材料研究機構 
三代憲司  金沢大学 
古山渓行  金沢大学
国嶋崇隆  金沢大学

目次

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【特集】高効率次世代太陽電池の実現に向けた革新的材料技術

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特集にあたって
Introduction

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有機光電変換に必要な電子状態間のエネルギー差
The Energetic Difference between the Electronic States for Efficient Charge Generation in Organic Solar Cells

 有機薄膜太陽電池は次世代の発電素子として活発に研究が進められている。しかし素子内部の物理描像が完全に理解されているとは言いがたく,実用化にいたっていない。本稿では有機太陽電池内部の電子状態のエネルギー差と電荷生成効率の関連を議論する。系統的な太陽電池素子の評価により有機光電変換で効率よく電荷を生成するために必要な電子状態間のエネルギー差が見いだされた。有機太陽電池用の半導体材料を設計するにはこの点を考慮しなければならない。

【目次】
1 背景
2 有機半導体中の光電変換機構
3 検討した材料系と電子状態のエネルギーの評価法
4 電子状態のエネルギーと電荷生成効率の相関
5 展望

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液相法で作製する中間バンド型太陽電池への挑戦
Challenge to Solution-processed Intermediate-band Solar Cells 
 
単接合太陽電池の理論限界を超える高い変換効率が期待される中間バンド型太陽電池を,従来の「気相法」ではなく「液相法」で作製することに挑戦した。硫化鉛量子ドット/ペブスカイト複合太陽電池において,変換効率は未だ低いものの,中間バンドを介した2段階光吸収による光電流発生が観察され,中間バンド型太陽電池の「液相法」作製の可能性を示した。

【目次】
1 はじめに
2 中間バンド型太陽電池の現状の課題
3 「液相法」で作製する中間バンド型太陽電池
 3.1 設計
 3.2 作製
 3.3 構造解析
 3.4 エネルギー準位
 3.5 太陽電池特性
4 おわりに 

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テラワットPV時代の希少金属フリーCZTS太陽電池
Rare Metal Free CZTS Solar Cell for TW Scale Production

 10 年後には年産数テラワット(TW)と現在の数十倍の規模の太陽電池を生産する時代を迎える。TW時代マッチした,希少金属に頼らず豊富な資源が利用できる化合物太陽電池として我々は銅(Cu),亜鉛(Zn),スズ(Sn),そして硫黄/セレン(S/Se)からなるZTS太陽電池に着目し研究開発を進めてきた。本稿では研究開発の歴史的な背景および現状と課題について解説する。特に大きな開放電圧ロスに関して,発光の量子効率や蛍光寿命との関係を軸にその向上の取り組みと課題を明らかにする。
  
【目次】
1 はじめに?太陽電池のテラワット生産時代?
2 テラワット時代に適したCZTS化合物太陽電池
3 CZTS太陽電池の課題および発光効率によるそのポテンシャル評価
4 CZTS太陽電池の高効率化の取り組み
 4.1 アルカリ金属添加
 4.2 表面処理による開放電圧向上
 4.3 Geを含む混晶制御による高効率化
 4.4 バンドプロファイル評価
5 まとめ

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高効率な低温形成逆型ペロブスカイト太陽電池の開発
Highly-efficient Low-temperature-processed Inverted Perovskite Solar Cells 
  
 低温形成(150℃以下),逆型構造という方法で作製したペロブスカイト太陽電池として20%を超える変換効率を実現した。ホール輸送層及び電子輸送層において新材料を適用し,高い電圧を引き出したこと,結晶グレーンサイズを最大化したことが開発のポイントである。高効率な次世代塗布型太陽電池としての応用が期待される。

【目次】 
1 はじめに
2 素子の作製方法
3 太陽電池特性の評価及び考察
4 まとめ及び今後の展望
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溶媒キャスト法による固体TTA-UC材料
Solid TTA-UC Materials by Solution Casting

 長波長の光を短波長へと変換する光アップコンバージョン材料を2種類の化合物の混合
溶液を滴下・風乾することにより作製する手法を開発した。分子混合を保つ条件の工夫に
より,従来困難であった固体中での化合物間のエネルギー移動を促進した。緑から青への
変換系に加え,近赤外光から可視光へも固体系で可能となった。

【目次】
1 はじめに
2 三重項―三重項消滅光アップコンバージョン(TTA-UC)の原理
3 固体系でのTTA-UC
4 迅速乾燥キャスト法による高効率固体TTA-UC
5 近赤外励起のTTA-UC
6 近赤外励起の固体TTA-UCのメカニズム
7 顕微分光によるUC発光量子収率の測定
8 今後の展望
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 [Material Report-R&D]

非立方晶系フッ化アパタイトレーザーセラミックスの開発
Non-cubic Fluorapatite Laser Ceramics

 非立方晶系フッ化アパタイトの多結晶セラミックスにおいて,レーザー発振に至る程の
高い光学品質を得た。高度な粉末合成,焼結制御技術を駆使し,結晶粒を波長の約10 分
の1に制御することで,結晶方位がランダムであっても高い透光性が得られており,新し
いタイプの非立方晶系レーザーセラミックスと言える。

【目次】
1 はじめに
2 非立方晶系セラミックスの粒界散乱と透明化
3 希土類添加フッ化アパタイト
 3.1 透光性フッ化アパタイトセラミック蛍光体の作製法
 3.2 材料特性
 3.3 光学特性
4 Nd添加フッ化アパタイトセラミックスのレーザー実証
5 おわりに

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光触媒を利用する高反応性アルキン生成法の開発
Development of Photocatalytic Active Alkyne Generation Reactions 

 光によって高反応性アルキンを生成する化学反応は,望みのタイミングで局所的にアル
キンを利用する化学反応を行えることから,材料化学,生化学研究に有用である。本稿で
は近年著者らが開発した光触媒を利用するアルキン生成反応を中心に,高反応性アルキン
生成及びその利用について解説する。  

【目次】
1 はじめに
2 シクロプロペノンの光分解による高反応性アルキン生成
3 光触媒を用いる高反応性アルキン生成
4 おわりに

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[機能材料マーケットデータ]

熱可塑性エラストマーの市場動向
Market Trend of Thermoplastic Elastomers

【目次】
1 概要
2 需要動向
3 製品と用途動向
4 メーカー動向
 4.1 スチレン系エラストマーメーカー
 4.2 オレフィン系エラストマーメーカー
 4.3 塩ビ系エラストマーメーカー
 4.4 エステル系エラストマーメーカー
 4.5 ウレタン系エラストマーメーカー
 4.6 アミド系エラストマーメーカー
 4.7 その他のエラストマー 

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[連載 革新型蓄電池の開発に向けた取り組み―prologue―]

連載にあたって
In Serialization

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