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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 / Energy chemistry / Photovoltaic
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Nanotechnology/Materials / Applied physical properties / Optical & Electrical Properties
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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Ultra-Thin Layer Inside Separator Deposited by Spray Pyrolysis Using Methylaluminoxane Solution Reviewed
Imai M., Kubota T., Miyazawa A., Aoki M., Mori H., Komaki Y., Yoshino K.
Crystal Research and Technology 58 ( 3 ) 2023.3
Authorship：Corresponding author Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：Crystal Research and Technology
Depositions are conducted on monolayer porous membrane at 50 °C by spray pyrolysis using methylaluminoxanes diluted with N-methylpyrrolidone. The solution penetrates the film during spraying and the ultra-thin layers are deposited on the side wall of internal pores. It is suggested that these layers are fine polycrystalline of Al2O3. In the obtained film, most of the pores are exposed on the surface and there is no increase in film thickness. Further, the ionic conductivity is the same as that of the received film, and the thermal stability is improved. This method can be an effective technique for improving the function of the separator used in the lithium-ion batteries.
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Okamoto K., Nagaoka A., Nagatomo K., Yoshino K., Ota Y., Nishioka K.
Journal of Physics and Chemistry of Solids 171 2022.12
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：Journal of Physics and Chemistry of Solids
Quaternary kesterite p-type Cu2ZnSnS4 (CZTS) has the potential to be used as an environmentally friendly thermoelectric (TE) material. Conversion of p-n conduction is required for the realization of a CZTS-based TE device. Herein, we studied the growth of a polycrystalline (Cu1-xAgx)2ZnSnS4 (CAZTS) and its fundamental TE properties. An n-type CAZTS (x = 0.4) with a negative Seebeck coefficient (60–70 μV/K) can be obtained without secondary phases. The electrical conductivity decreased with increasing Ag content owing to defect compensation. The conduction mechanism of the polycrystalline CAZTS can be demonstrated through hopping conduction, thermal activation, and a potential barrier at the grain boundary.
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Kamarudin M.A., Sahamir S.R., Nishimura K., Iikubo S., Yoshino K., Minemoto T., Shen Q., Hayase S.
ACS Materials Letters 4 ( 9 ) 1855 - 1862 2022.9
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：ACS Materials Letters
Lead-free perovskite solar cells have attracted attention to many in the field of perovskite research due to environmental concern over toxic materials and standards compliance. Tin-based perovskite materials have been selected as the ideal alternative to lead-based perovskite due to their similar optoelectronic properties. However, the performance of tin perovskite solar cells is still much lower than their lead perovskite counterparts. Various strategies have been introduced in order to enhance the efficiency of tin perovskite solar cells. In this research, A-site cation substitution has been performed using dimethylammonium cation (DMA+) in the form of dimethylammonium iodide (DMAI) salt. An optimized concentration of DMAI enhanced the performance of tin perovskite solar cells to a more than 10% boosted higher open-circuit voltage (VOC). A better surface morphology was obtained with DMA+ substitution. From Mott-Schottky measurements, a higher built-in potential has been obtained, which helped with charge carrier extraction. Furthermore, from X-ray photoelectron spectroscopy measurements, tin oxidation has been suppressed, leading to low hole carrier density. This work provides evidence that controlling the charge carrier density in tin-based perovskite solar cells is important to fabricating high performance devices.
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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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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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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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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酸化亜鉛薄膜の電解析出における電極基板の影響
工藤 華、中村 天彰、宇田 恭太、吉野 賢二、吉田 司
電気化学会第90回大会 (名古屋) 2023.3.27 日本熱電学会
Event date： 2023.3.27 - 2023.3.29
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
Venue：名古屋
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ケステライト化合物Cu2ZnSnS4を⽤いた環境調和型熱電デバイス の開発
永岡 章, ⻑友 克⾺, 岡本 晃⼀, 吉野 賢⼆, ⻄岡 賢祐
2023応用物理学会春季講演会 (名古屋) 2023.3.15 日本熱電学会
Event date： 2023.3.14 - 2023.3.18
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
Venue：名古屋
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熱電変換材料(Cu1-xAgx)2ZnSnS4の伝導型制御および伝導機構変化
岡本 晃一, 永岡 章, 重枝 佑輔, 吉野 賢二, 西岡 賢祐
第13回半導体材料・デバイスフォーラム (名古屋) 2022.10.10 日本熱電学会
Event date： 2022.10.10
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13回半導体材料・デバイスフォーラム (名古屋) 2022.10.10 日本熱電学会
Event date： 2022.10.10
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：名古屋
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可視光吸収型の半透明-Fe2O3光電極による酸素生成反応
斧 樹，東 智弘，永岡 章，吉野 賢二
第13回半導体材料・デバイスフォーラム (名古屋) 2022.10.10 日本熱電学会
Event date： 2022.10.10
Language：Japanese Presentation type：Poster presentation
Venue：名古屋
Awards 【 display / non-display 】
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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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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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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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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
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応用物理学会発表奨励賞
2019.9 応用物理学会
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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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。
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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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