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工学教育研究部 工学科電気電子工学プログラム担当 |
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論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Nagaoka A., Yoshino K., Masuda T., Sparks T.D., Scarpulla M.A., Nishioka K.
Journal of Materials Chemistry A 9 ( 28 ) 15595 - 15604 2021年7月
記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Materials Chemistry A
Thermoelectrics (TEs) are an important class of technology that harvest electric power directly from heat sources. When designing both high performance and environmentally friendly TE materials, the pseudo-cubic structure has great theoretical potential to maximize the dimensionless figure of meritZT. The TE multinary single crystal with a pseudo-cubic structure paves a new path toward manipulating valley degeneracy and anisotropy with low thermal conductivity caused by short-range lattice distortion. Here, we report a record highZT= 1.6 around 800 K realized in a totally environmentally benign p-type Na-doped Cu2ZnSnS4(CZTS) single crystal. The exceptional performance comes from a high power factor while maintaining intrinsically low thermal conductivity. The combination of the pseudo-cubic structure and intrinsic properties of the CZTS single crystal takes advantage of simple material tuning without complex techniques.
DOI： 10.1039/d1ta02978a
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Lead-free tin-halide perovskite solar cells with 13% efficiency 査読あり 国際共著
Nishimura K., Kamarudin M.A., Hirotani D., Hamada K., Shen Q., Iikubo S., Minemoto T., Yoshino K., Hayase S.
Nano Energy 74 2020年8月
記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Nano Energy
© 2020 Elsevier Ltd Despite the similarities of the optoelectronic properties between tin halide and lead halide perovskites, the performance of tin perovskite solar cells (PSCs) is still far below that of lead PSCs with highest reported efficiency to date of around 10%. This is due to the chemical instability of tin halide perovskite crystals and the energy band levels mismatch between the perovskite and charge transport layers. In this work, tin halide PSCs with efficiency of more than 13% has been fabricated by regulating the A site cation to achieve a tolerance factor of nearly 1. The partial substitution of formamidinium cation with ethylammonium cation affords a more stable tin perovskite crystal and at the same time suppresses the trap density by as much as 1 order of magnitude. Furthermore, the more favourable energy levels of the EA-substituted tin perovskites enhanced the charge extraction process into the charge transport layers and thus reducing the charge carrier recombination. This work provides a proof that tin-halide PSCs has the potential to compete with more toxic lead-based PSCs, and hopefully will pave the future direction for fabricating more efficient and stable lead-free PSCs.
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Al2O3 Thin Layer Formed inside Porous Membrane Using Spray Synthesis Method and Its Application 査読あり
Imai M., Kubota T., Miyazawa A., Aoki M., Mori H., Komaki Y., Yoshino K.
Crystals 14 ( 2 ) 2024年2月
担当区分：責任著者 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Crystals
Aluminum oxide (Al2O3) films have been investigated for use in various applications, and numerous deposition techniques have been reported. The spray synthesis method has the advantage of forming a thin layer of crystal at low temperatures using the appropriate precursors. A precursor prepared by diluting Methylaluminoxane with N-methyl pyrrolidone was sprayed onto a porous membrane while varying conditions such as the substrate temperature, feeding speed, and spray amount. The solution penetrated the film during spray application, and the ultra-thin layers deposited on the side wall of the internal pores were observed using a cross-sectional transmission electron microscope (XTEM). The lattice image obtained using the TEM and the composition analysis conducted using a scanning TEM and an energy-dispersive X-ray spectroscope suggest that this thin layer is a layer of Al2O3. The formation of Al2O3 occurred at lower temperatures than in previous reports. This is a major advantage for applications with low-melting-point materials. The most suitable spraying conditions were determined based on the state of deposition on the surface and inside the membrane. These conditions were applied to a three-layer separator for lithium-ion batteries and their effect on thermal stability was investigated. Through heating experiments and XRD analysis, it was confirmed that the shrinkage and melting of the separator are suppressed by spraying. This process can be expected to have wide applications in low-melting-point materials such as polyolefin.
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Wakishima K., Higashi T., Nagaoka A., Yoshino K.
New Journal of Chemistry 48 ( 1 ) 131 - 143 2023年11月
担当区分：責任著者 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：New Journal of Chemistry
Energy conversion using semiconductor-based photoelectrodes for photoelectrochemical (PEC) water splitting is a promising technology that contributes to an environmentally friendly society. CuBi2O4 is a p-type semiconductor material that can be used in visible-light-responsive photocathodes. To date, the fabrication of CuBi2O4 has been examined using wet processes such as spray pyrolysis of precursor solutions containing organic solvents and organic additives. Spray pyrolysis causes problems such as CO2 emission during the decomposition of the precursor solution. In this study, we established a carbon-free method for the fabrication of CuBi2O4 using a precursor solution comprising Cu(NO3)2 and Bi(NO3)3 dissolved in a dilute nitric acid aqueous solution. The aqueous precursor solution was sprayed onto F-doped tin oxide-coated glass substrates, followed by post-annealing treatment in the temperature range of 400-700 °C for 1 h in air. An annealing temperature over 500 °C provides CuBi2O4 as revealed by the results of X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy characterization. The PEC properties of the CuBi2O4 photoelectrodes were investigated to determine the optimal post-annealing conditions for maximizing the photocurrent density under AM 1.5G solar illumination. The optimized CuBi2O4 photoelectrodes generated a photocurrent density of −0.94 mA cm−2 at 0.6 V vs. a reversible hydrogen electrode in a potassium phosphate aqueous solution with the H2O2 sacrificial reagent. This study provides rational guidelines for visible-light-absorbing p-type metal oxide-based photoelectrodes utilizing a carbon-free preparation process.
DOI： 10.1039/d3nj04878k
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Thermoelectric Conversion Efficiency of 4% in Environmental-Friendly Kesterite Single Crystal 査読あり
Nagaoka A., Nagatomo K., Nakashima K., Hirai Y., Ota Y., Yoshino K., Nishioka K.
Materials Transactions 64 ( 10 ) 2535 - 2541 2023年10月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Materials Transactions
Multinary Cu2ZnSnS4 (CZTS)-based materials have attracted considerable attention for thermoelectric (TE) power generation owing to their cost-effectiveness and abundance. The device structure of the CZTS/Au diffusion barrier layer was effective in impeding chemical diffusion during operation; however, its interfacial contact resistance was relatively higher than that of the Bi2Te3 device. We report the discovery of p-type CZTS single crystals with a record-high dimensionless figure of merit (ZT) of 1.6 at 800 K and TE conversion efficiency of 34% at a temperature difference of 473 K, which is based on the Te-free concept. This study demonstrated the potential of CZTS-based TE materials for environment-friendly TE power generation.
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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Perovskite
Qing Shen, Yuhei Ogomi, Taro Toyoda, Kenji Yoshino, Shuzi Hayase,（ 担当： 共著）
InTech 2015年12月
記述言語：英語 著書種別：学術書
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Copper Zinc Tin Sulfide-Based Thin Film Solar Cells
Akira Nagaoka, Kenji Yoshino（ 担当： 共著）
Wiley 2014年12月
記述言語：英語 著書種別：学術書
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電子機器・部品における故障・発火原因解析と対策技術
吉野賢二他（ 担当： 共著）
技術情報協会 2014年6月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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スマートフォン・タッチパネル部材の最新技術便覧
吉野賢二他（ 担当： 共著）
技術情報協会 2013年6月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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透明導電膜の新展開IV
山本哲也、吉野賢二他（ 担当： 共著）
シーエムシ―出版 2012年8月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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色素増感太陽電池の白金電極の膜厚依存性
富永姫香、吉野賢二
宮崎大学工学部紀要 46 127 - 132 2017年7月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）
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スピンコート法によるZnMgO膜の作製
富永姫香、吉野賢二
宮崎大学工学部紀要 46 123 - 126 2017年7月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）
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第５回ヨーロッパ結晶成長会議
永岡章, 吉野賢二
日本結晶成長学会誌 42 ( 3 ) 29 - 30 2015年12月
記述言語：日本語 掲載種別：研究発表ペーパー・要旨（全国大会，その他学術会議） 出版者・発行元：日本結晶成長学会
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低コスト化合物太陽電池のための高品質バルク結晶の開発
永岡章, 吉野賢二
ケミカルエンジニヤリング 60 739 - 745 2015年7月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：化学工業社
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ペロブスカイト太陽電池の電荷分離・再結合ダイナミックスと光電変換特性向上のメカニズム
沈青、尾込裕平、豊田太郎、吉野賢二、早瀬修二
ファインケミカル 2015年7月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア） 出版者・発行元：シーエムシー出版
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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硝酸塩水溶液のスプレー熱分解で作製したp型CuBi2O4の光電気化学特性
脇島 海晴，東 智弘, 永岡 章，吉野 賢二
第14回半導体材料・デバイスフォーラム (名古屋) 2023年12月9日 日本熱電学会
開催年月日： 2023年12月9日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
開催地：名古屋
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Ni-Fe 複合酸化物をベースにした酸素生成用電極触媒の開発
吉山 巧一, 脇島 海晴, 東 智弘, 吉野 賢二
第 69回 ポーラログフィおよび電気分析化学討論会 (名古屋) 2023年10月25日 日本熱電学会
開催年月日： 2023年10月25日 - 2023年10月26日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
開催地：名古屋
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カーボンフリープロセスによる水分解用CuBi2O4光カソードの開発
脇島 海晴, 東 智弘, 吉野 賢二
第 69回 ポーラログフィおよび電気分析化学討論会 (名古屋) 2023年10月25日 日本熱電学会
開催年月日： 2023年10月25日 - 2023年10月26日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
開催地：名古屋
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カーボンフリープロセスによる水分解用CuBi2O4光カソードの作製と評価
脇島 海晴，東 智弘，吉野 賢二
第30 回 宮崎大学 技術・研究発表交流会 (名古屋) 2023年9月22日 日本熱電学会
開催年月日： 2023年9月22日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
開催地：名古屋
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ZnO薄膜のリチウムイオン電池用セパレータの保護膜への応用
小牧 優太, 今井 正人, 吉野 賢二
第30 回 宮崎大学 技術・研究発表交流会 (名古屋) 2023年9月22日 日本熱電学会
開催年月日： 2023年9月22日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
開催地：名古屋
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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日本熱電学会優秀論文賞
2023年9月 日本熱電学会
永岡 章, 重枝 佑輔, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
受賞区分：学会誌・学術雑誌による顕彰 受賞国：日本国
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半導体デバイスフォーラム発表奨励賞
2022年10月 半導体フォーラム実行委員会
岡本 晃一, 永岡 章, 重枝 佑輔, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
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応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会発表奨励賞
2021年12月 応用物理学会多元系化合物・太陽電池分科会
重枝 佑輔, 永岡 章, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
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半導体デバイスフォーラム発表奨励賞
2021年12月 半導体フォーラム実行委員会
岡本 晃一, 永岡 章, 重枝 佑輔, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
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国際会議（CGCT）発表奨励賞
2021年3月 アジア結晶成長国際学会
重枝玲治、永岡章、西岡賢祐、吉野賢二
受賞区分：国内学会・会議・シンポジウム等の賞 受賞国：日本国
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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Σ粒界導入による熱電性能指数の向上とゼーベック素子への応用
研究課題/領域番号：23K04650 2023年04月 - 2026年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費基金 基盤研究（C）
担当区分：研究代表者
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太陽電池用レアメタルフリー単結晶基板の作製技術の開発と禁制帯幅制御
2014年04月 - 2017年03月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
高効率太陽電池として最も期待されているCuInGaSe2（CIGS）太陽電池は、現在低コスト化を目指す動きは活発だが、高効率化を目指す動きは鈍い。そこで本提案研究では、高効率太陽電池の作製を目指すために、欠陥密度の小さい単結晶基板を作製する技術を開発することである。高効率化だけでなく、従来の薄膜プロセスより、工程数が少なく出来るため低コスト化が期待できる。これまでに、直径10 mmの単結晶作製に成功した。研究期間内に、バンドギャップ制御および単結晶作製のメカニズム（溶媒と原料の拡散メカニズム、点欠陥発生メカニズム）を解明し、欠陥(転位)密度の低い単結晶を作製し、その単結晶基板を用いて太陽電池を作製し、変換効率20％を得ることを目的とする。
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化合物半導体単結晶基板の作製と高効率太陽電池の開発
2012年04月 - 2014年03月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
担当区分：研究代表者
高効率太陽電池として最も期待されているCuInGaSe2（CIGS）太陽電池は、現在低コスト化を目指す動きは活発だが、高効率化を目指す動きは鈍い。そこで本提案研究では、高効率太陽電池の作製を目指すために、欠陥密度の小さい単結晶基板を作製する技術を開発することである。高効率化だけでなく、従来の薄膜プロセスより、工程数が少なく出来るため低コスト化が期待できる。これまでに、直径10 mmの単結晶作製に成功した。研究期間内に、単結晶作製のメカニズム（溶媒と原料の拡散メカニズム、点欠陥発生メカニズム）を解明し、欠陥(転位)密度の低い単結晶を作製し、その単結晶基板を用いて太陽電池を作製し、変換効率20％を得ることを目的とする。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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スプレー技術による機能性薄膜の開発
2018年10月 - 2019年12月
九州大学発ベンチャー振興会議 ＧＡＰ資金
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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スプレー熱分解法による酸化亜鉛薄膜の大気作製プロセス技術の開発
2011年10月 - 2012年07月
文部科学省 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラムA-STEP フィージビリティスタディステージ 探索タイプ
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
結晶性の優れた酸化亜鉛薄膜を大気中・低温で作製する技術を移転することを目的とし、PET基板上に作製された薄膜Ag電極を酸化亜鉛で平坦に覆うことを目標とする。低コスト化を進めるためにも、レアメタルを使用しない材料および大気作製の可能なスプレー法を用いる。具体的な目標は、１． Ag電極（網目）が見えないこと。２．可視光の平均透過率（含PET基板）が85%以上であることで、PET基板上に作製された薄膜Ag電極薄膜は、シリコン系太陽電池に利用されており、これらの目標を達成することにより、シリコン系太陽電池等への技術移転を行うことが可能になる。
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太陽光を利用したエネルギー生成技術の研究
2008年08月 - 2009年11月
文部科学省 文部科学省海外先進教育研究実践支援
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
太陽電池の表面構造による光閉じ込め効果をシミュレーションにより理論的に研究する。
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スプレー法による透明導電膜の作製
2005年04月 - 2006年03月
JST 地域イノベーション創出総合支援事業「シーズ発掘試験」
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
ホットプレス法によるカルコパイライト型化合物半導体の作製
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スプレー法による透明導電膜の作製
2004年04月 - 2005年03月
JST 地域イノベーション創出総合支援事業「シーズ発掘試験」
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
スプレー法ににより、大気中で透明導電膜を作製する。
その他研究活動 【 表示 ／ 非表示 】
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東京工業大学フロンティア材料研究所共同研究員
2020年04月 - 現在
東京工業大学フロンティア材料研究所の共同研究員として、東京工業大学安井准教授と熱電に関する共同開発を行った。
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甲南学園共同研究員
2018年04月 - 現在
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立命館大学スマートエネルギーイノベーション研究拠点共同研究員
2016年12月 - 現在
立命館大学スマートエネルギーイノベーション研究拠点の共同研究員として、自然共生型エネルギー変換デバイスの開発を行っている。
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東京工業大学応用セラミックス研究所共同研究員
2014年04月 - 2018年03月
東京工業大学応用セラミックス共同研究員として、東京工業大学谷山教授と太陽電池に関する共同開発を行った。
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九州大学応用力学研究所共同研究員
2004年04月 - 2022年03月
九州大学応用力学研究所共同研究員九州大学柿本教授と太陽電池に関する共同開発を行った。
研究・技術シーズ 【 表示 ／ 非表示 】
社会貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】
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地域との協働による高等学校教育改革推進事業
役割：実演
2021年4月 - 2022年3月
対象： 高校生
種別：講演会
地域との協働による高等学校教育改革推進事業で、宮崎南高校生に研究指導を行った。
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附属中学体験プログラム
役割：講師
2020年12月9日
対象： 小学生, 中学生
種別：講演会
附属中学校の体験プログラムで環境問題についての講義&施設見学を行った。
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宮崎げんき体験プログラム
役割：実演
2020年10月6日 - 2021年3月26日
対象： 小学生, 中学生, 高校生
種別：講演会
宮崎市観光協会主催の宮崎げんき体験プログラムで、県内の小学生に環境問題についての講義&施設見学を行った。
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地域との協働による高等学校教育改革推進事業
役割：実演
2020年7月26日
対象： 高校生
種別：講演会
地域との協働による高等学校教育改革推進事業で、宮崎南高校生に研究指導を行った。
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体験講座
役割：講師
2019年8月27日
対象： 社会人・一般
社会人の太陽光パネル作製体験
学術貢献活動 【 表示 ／ 非表示 】
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東京工業大学フロンティア材料研究所共同研究員
役割：企画立案・運営等
2023年4月 - 現在
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九州地区再生可能エネルギー連携委員会
役割：企画立案・運営等
2021年10月 - 現在
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「地域との協働による高等学校教育改革推進事業（文部科学省）」アドバイザー
役割：企画立案・運営等
2021年4月 - 2022年3月