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Engineering educational research section Electrical and Electronic Engineering Program |
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Professor |
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YOSHINO Kenji
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Degree 【 display / non-display 】
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Doctor (Engineering) ( 1995.3 Okayama University )
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Master (Education) ( 1992.3 Okayama University )
Research Areas 【 display / non-display 】
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Nanotechnology/Materials / Nanomaterials / Compound Semiconductor
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Nanotechnology/Materials / Applied physical properties / Optical & Electrical Properties
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Nanotechnology/Materials / Energy chemistry / Photovoltaic
Papers 【 display / non-display 】
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Environmentally friendly thermoelectric sulphide Cu<inf>2</inf>ZnSnS<inf>4</inf>single crystals achieving a 1.6 dimensionless figure of meritZT Reviewed International coauthorship
Nagaoka A., Yoshino K., Masuda T., Sparks T.D., Scarpulla M.A., Nishioka K.
Journal of Materials Chemistry A 9 ( 28 ) 15595 - 15604 2021.7
Language：Japanese Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：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 Reviewed International coauthorship
Nishimura K., Kamarudin M.A., Hirotani D., Hamada K., Shen Q., Iikubo S., Minemoto T., Yoshino K., Hayase S.
Nano Energy 74 2020.8
Language：Japanese Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：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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Nagaoka A., Miura S., Nakashima K., Hirai Y., Higashi T., Yoshino K., Nishioka K.
Applied Physics Letters 125 ( 7 ) 2024.8
Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：Applied Physics Letters
The lack of attractive n-type thermoelectric materials greatly restricts their applications because most high-performance materials are p-type conductors, such as the kesterite compound Cu2ZnSnS4. This study reports high-quality n-type kesterite (Cu1−xAgx)2ZnSnS4 (CAZTS) single crystals that exhibit a record high dimensionless figure of merit value of 1.1 at approximately 800 K, primarily owing to Ag alloying, cation compositional optimization, and intrinsic low thermal conductivity. An n-type CAZTS-based single-leg device was fabricated using a Mo-barrier layer. The device exhibited a thermoelectric conversion efficiency of 3.4% at a temperature gradient of 473 K. This study provides insights into developing thermoelectric modules using environmentally friendly kesterite materials.
DOI： 10.1063/5.0220909
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Al2O3 Thin Layer Formed inside Porous Membrane Using Spray Synthesis Method and Its Application Reviewed
Imai M., Kubota T., Miyazawa A., Aoki M., Mori H., Komaki Y., Yoshino K.
Crystals 14 ( 2 ) 2024.2
Authorship：Corresponding author Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：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 2023.11
Authorship：Corresponding author Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：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
Books 【 display / non-display 】
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Perovskite
Qing Shen, Yuhei Ogomi, Taro Toyoda, Kenji Yoshino, Shuzi Hayase,（ Role： Joint author）
InTech 2015.12
Language：English Book type：Scholarly book
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Copper Zinc Tin Sulfide-Based Thin Film Solar Cells
Akira Nagaoka, Kenji Yoshino（ Role： Joint author）
Wiley 2014.12
Language：English Book type：Scholarly book
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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（ Role： Joint author）
技術情報協会 2014.6
Language：Japanese Book type：Scholarly book
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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（ Role： Joint author）
技術情報協会 2013.6
Language：Japanese Book type：Scholarly book
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透明導電膜の新展開IV
山本哲也、吉野賢二他（ Role： Joint author）
シーエムシ―出版 2012.8
Language：Japanese Book type：Scholarly book
MISC 【 display / non-display 】
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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 2017.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (bulletin of university, research institution)
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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 2017.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (bulletin of university, research institution)
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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 2015.12
Language：Japanese Publishing type：Research paper, summary (national, other academic conference) Publisher：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 2015.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Publisher：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 2015.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Publisher：シーエムシー出版
Presentations 【 display / non-display 】
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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) 2023.12.9 日本熱電学会
Event date： 2023.12.9
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：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) 2023.10.25 日本熱電学会
Event date： 2023.10.25 - 2023.10.26
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：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) 2023.10.25 日本熱電学会
Event date： 2023.10.25 - 2023.10.26
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：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) 2023.9.22 日本熱電学会
Event date： 2023.9.22
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：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) 2023.9.22 日本熱電学会
Event date： 2023.9.22
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：名古屋
Awards 【 display / non-display 】
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日本熱電学会優秀論文賞
2023.9 日本熱電学会
永岡 章, 重枝 佑輔, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
Award type：Honored in official journal of a scientific society, scientific journal Country：Japan
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半導体デバイスフォーラム発表奨励賞
2022.10 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
Award type：Award from Japanese society, conference, symposium, etc. Country：Japan
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半導体デバイスフォーラム発表奨励賞
2021.12 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
Award type：Award from Japanese society, conference, symposium, etc. Country：Japan
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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
2021.12 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
Award type：Award from Japanese society, conference, symposium, etc. Country：Japan
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国際会議（CGCT）発表奨励賞
2021.3 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
Award type：Award from Japanese society, conference, symposium, etc. Country：Japan
Grant-in-Aid for Scientific Research 【 display / non-display 】
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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
Grant number：23K04650 2023.04 - 2026.03
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）
Authorship：Principal investigator
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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
2014.04 - 2017.03
科学研究費補助金 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator
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
2012.04 - 2014.03
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
Authorship：Principal investigator
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。
Other research activities 【 display / non-display 】
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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
2020.04
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
2018.04
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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
2016.12
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
2014.04 - 2018.03
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
2004.04 - 2022.03
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。
Available Technology 【 display / non-display 】
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化合物半導体太陽電池の開発
透明導電膜の開発
有機―無機ハイブリッド型太陽電池の開発Home Page： 吉野研究室
Related fields where technical consultation is available：・一般的な薄膜作製に関する内容
・一般的な粉末作製および合金作製に関する内容
・一般的な太陽電池に関する内容Message：気軽にご連絡ください。
Social Activities 【 display / non-display 】
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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
Role(s)： Demonstrator
2021.4 - 2022.3
Audience： High school students
Type：Lecture
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
Role(s)： Lecturer
2020.12.9
Audience： Schoolchildren, Junior students
Type：Lecture
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
Role(s)： Demonstrator
2020.10.6 - 2021.3.26
Audience： Schoolchildren, Junior students, High school students
Type：Lecture
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
Role(s)： Demonstrator
2020.7.26
Audience： High school students
Type：Lecture
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
Role(s)： Lecturer
2019.8.27
Audience： General
社会人の太陽光パネル作製体験
Academic Activities 【 display / non-display 】
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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
Role(s)： Planning, management, etc.
2023.4 - Now
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九州地区再生可能エネルギー連携委員会
Role(s)： Planning, management, etc.
2021.10 - Now
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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
Role(s)： Planning, management, etc.
2021.4 - 2022.3