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エネルギーシステム分野  杉山研究室

エレクトロニクスと化学の融合で構築する再生可能エネルギーシステム

高効率太陽光発電と化学的エネルギー貯蔵

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。

「太陽光燃料」によるエネルギーシステム
「太陽光燃料」によるエネルギーシステム
エピタキシャル結晶による高効率太陽電池2
エピタキシャル結晶による高効率太陽電池
有機金属気相成長プロセスと反応装置
有機金属気相成長プロセスと反応装置

メンバー

  • 杉山 正和 教授
  • 専門分野:高効率太陽光発電、半導体結晶成長・微細加工、エネルギー変換
特任准教授 嶺岸 耕
特 任 講 師  渡辺 健太郎
助   教 佐藤 正寛
特 任 助 教 ソダーバンル ハッサネット
<2020年5月現在>

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