2024年度学院等開講科目物質理工学院材料系エネルギー・情報コース

再生可能エネルギー変換材料特論

開講元: エネルギー・情報コース
担当教員: 松下祥子
授業形態: 講義 (ライブ型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 金5-6
クラス: -
科目コード: ESI.J460
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

再生可能エネルギーを生み出すには、多くの無機材料が使用されている。本講義では特に半導体内の励起電荷を用いるpn接合型太陽電池・量子ドット増感型太陽電池・ゼーベック型熱電・半導体増感熱利用発電を理解するため、半導体工学・電気化学・非平衡熱力学の基礎を学ぶ。本講義後、各自の研究テーマに関連した部分の自習を求める。

到達目標

エネルギーバンドギャップから生み出される励起電荷の物理に対し、分子内・半導体内、光励起・熱励起それぞれについて理解し、再生可能エネルギーシステムを生み出す素地を作る。

キーワード

エネルギー問題、熱電、太陽電池、半導体、電気化学、熱力学

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

オンライン。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	半導体内の励起電荷（光、熱）	半導体内でなぜ励起電荷が生じるのかを理解する。
第2回	pn接合とフェルミ・擬フェルミ準位	pn接合、フェルミ準位、擬フェルミ準位について説明できるようになる。
第3回	半導体/電解液界面の電子のやり取り	半導体のバンド位置と電解液内の反応種の準位が、どんな時に、どのような反応が起きるのかを説明できるようになる。
第4回	励起電荷による酸化還元反応-色素増感型太陽電池と半導体増感型熱利用発電	励起電荷による酸化還元反応について、律速段階となるプロセスは何があるのか、それはどのように判断するのかを説明できるようになる。
第5回	太陽電池・半導体増感型熱利用発電とエントロピーの関係	太陽電池、半導体増感型熱利用発電における、エントロピーの議論について考察を深める。
第6回	非平衡熱力学	再生可能エネルギーからの電力取得を、エネルギーの流れでとらえられるようになる。
第7回	半導体増感型熱利用発電の最新の動向	新しい熱エネルギー変換技術、半導体増感型熱利用発電の最新の動向を学ぶ

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

半導体部：「太陽電池の物理」by Peter Wurfel (著), 宇佐美徳隆 (翻訳) 、丸善 (June 1, 2010)

電気化学：例）「電気化学」中戸義禮、藤平正道、魚崎浩平（東京化学同人）

参考書、講義資料等

公開総説：
「新たな発電技術で未来を創る」
https://www.yhmf.jp/as/postnumber/vol_86_05.html

半導体増感型熱利用発電　解説動画：
https://www.youtube.com/@elleThermo

成績評価の方法及び基準

レポート（予定）

履修の条件・注意事項

以下の単語について学んだことがあるものが望ましい：エネルギーバンド、バンドギャップ、酸化還元反応

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

松下祥子
東京工業大学　准教授
matsushita.s.ab[at]m.titech.ac.jp