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Updated August 21, 2017

杉山研究室
東京大学 先端科学技術研究センター エネルギーシステム分野

電気系工学専攻 中野 義昭 教授・種村 拓夫 准教授と共同で研究室を運営しています。先端科学技術センター岡田 至崇 教授、マテリアル工学専攻霜垣 幸浩 教授・百瀬 健 講師と共同研究を行っています。また、フランスCNRSとの共同研究ユニットLIA-Next PVに参画しています。

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主な活動

研究内容:半導体ナノ構造を応用した高効率太陽光発電と化学的エネルギー貯蔵システム

高照度地域で高効率・低コストに太陽光エネルギーを化学物質に蓄え,それをエネルギー消費地に輸送して必要なだけ利用するシステムが構築できれば,太陽光は化石燃料を代替して社会の基幹エネルギー源になります.そのためには,太陽光から高効率に電力を得て,水の分解やCO2の還元などの電気化学反応により保存性・可搬性に優れた太陽光燃料を得る技術が有望です.そこで必要な高効率太陽電池,電気化学反応装置の開発とシステムへの実装が本研究室のミッションです.

技術のコアは,半導体ナノ結晶技術にあります.化合物半導体単結晶からなる量子構造を集光型太陽電池に実装することで,従来のパネル型太陽電池の2倍以上の効率で発電が可能です.私たちの研究室では,このようなナノ結晶の成長から太陽電池のシステム評価までを一貫して行っています.また,半導体結晶は電気化学反応の活性サイトとしても重要です.水の電気分解を高効率化するためには植物の光合成に学ぶことが有効ですが,その反応サイトは金属酸化物-半導体-です.この仕組みを人工的な結晶に取り込むことで,植物の効率をはるかに凌ぐ太陽光燃料製造を目指しています.その鍵は,半導体と溶液の界面にあります.半導体物理と電気化学の両面から界面の現象に迫り,反応を制御する指針獲得に努めています.

さらに,各エレメントが最高効率点で動作できる回路の構築や,システム全体の特性からバックキャストしたエレメントの課題抽出など統合的な取り組みも進めています.

主な研究テーマは以下のとおりです.

  1. III-V族化合物半導体ナノエピタキシャル構造を用いた高効率太陽電池の開発
    1.1
    III-V族化合物半導体の結晶成長(有機金属気相成長)技術
    1.2
    薄膜高効率セル作製などのプロセス技術
    1.3
    電気的・光学的手法による高効率化メカニズムの解明
  2. 半導体電気化学による太陽光エネルギーの化学的貯蔵
    2.1
    半導体電気化学・光電気化学における界面反応メカニズムの探求
    2.2
    高効率太陽電池と電気化学反応の組み合わせによる水素製造・CO2からの有用化合物生成

研究のフィロソフィー

最高水準の実験環境で最先端の装置を使いこなし、前人未踏の成果を挙げて世界のエネルギーシステムを変革しましょう。物理原理から作製プロセス,デバイス動作からシステム構築までを俯瞰したうえで,本当に必要なテーマを深掘りし、ブレークスルーをもたらす研究者を一緒に目指しましょう.

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