教員・研究室紹介

教授

内田 史朗

UCHIDA SHIRO

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047-478-0517

研究室
津田沼キャンパス 2号館5階 010511号室
担当講義
「電池材料」「エネルギー材料」「リサイクル概論」等

再生可能エネルギー / 太陽電池 / 人工光合成 / 水素生成 / 光無線給電

研究室概要

内田研究室では太陽電池の変換効率を大幅に改善可能な化合半導体を用いた太陽電池セルの開発を行っている。高効率な太陽電池が実現すると、将来、電気自動車への搭載で長距離走行が可能となる。さらに、エネルギー分野への応用展開としてレーザービームでスマートフォンのバッテリー充電を可能とする光無線給電の研究を行っている。また、水と太陽光と太陽電池と光触媒金属を用いた人工光合成反応による水素生成の研究も行っている。

研究テーマ

(1) 高効率太陽電池セルの開発

本研究室では、特殊な接合法を用いて複数のセルを結合させた多接合太陽電池セルの研究を行っている。このセルはシリコン太陽電池では捨てていた赤外光線を取り込むことができるので、太陽光エネルギーを無駄なく吸収できる。

我々は新規の材料・構造を検討しながら夢の変換効率50%を目指して研究活動を行っている。

(2) 太陽電池セルを用いた水素生成（人工光合成）反応

太陽電池セルの表面電極にプラチナなどの触媒金属を担持させた光半導体電極と酸化イリジウム電極を水溶液に浸し、太陽電池セルに擬似太陽光を照射すると下のように水素と酸素を生成することができる。この水素生成効率が安定的に10%以上実現できるシステム構築を目指し、セル構造の改善を日々研究している。

(3) レーザーと太陽電池セルを用いた光無線給電

太陽電池は太陽光を電気に変換する半導体素子であるが、そのほとんどが熱になってしまうために光電変換効率は普及しているシリコン太陽電池の場合でも約20%と低い。

しかしながら、単色光のレーザービームを照射するとその熱損失が低減され変換効率は飛躍的に高くなる。本研究室では、60%以上の光電変換効率を達成する事を目標に、太陽電池構造とレーザー光特性の最適化検討を行っている。

これまでの主要な業績

  1. (1) Y. Komuro, S. Honda, K. Kurooka, R. Warigaya, F. Tanaka, and S. Uchida, “A 43.0% efficient GaInP photonic power converter with a distributed Bragg reflector under high-power 638 nm laser irradiation of 17 W cm−2”, Applied Physics Express, 14, 052002 (2021).
  2. (2) P. Dai, W. Yang, J. Long, M. Tan, Y. Wu, S. Uchida, and S. Lu, “The investigation of wafer-bonded multi-junction solar cell grown by MBE”, Journal of Crystal Growth, 515, 16-20 (2019).
  3. (3) 田中 文明，定免 良太，池田 充貴，桐生 倖成，寺本 英央，代　盼，陆 书龙，内田 史朗, 「III-V族化合物太陽電池の高効率光無線給電への応用」, レーザー研究, 第46巻, 第12号（2018年12月）
  4. (4) Y. Ajima, Y. Nakamura, K. Murakami, H. Teramoto, R. Jomen, X. Zhiwei, P. Dai, S. Lu and S. Uchida, “Room-temperature bonding of GaAs//Si and GaN//GaAs wafers with low electrical resistance”, Applied Physics Express, 11,10, 106501 (2018).
  5. (5) R. Jomen, F. Tanaka, T. Akiba, M. Ikeda, K. Kiryu, M. Matsushita, H. Maenaka1, P. Dai, S. Lu, and S. Uchida, “Conversion efficiencies of single-junction III–V solar cells based on InGaP, GaAs, InGaAsP, and InGaAs for laser wireless power transmission”, Japanese Journal of Applied Physics, 57(8S3), 08RD12 (2018).
  6. (6) H. Teramoto, Y. Ajima, Y. Kaneko, Y. Nakamura, R. Jomen, P. Dai, S. Lu and S. Uchida, "Improved efficiency of a four-junction solar cell under real sunlight.", Japanese Journal of Applied Physics, 57(8S3), 08RD04 (2018).