量子ドット型多層膜太陽電池の高精度歪解析技術の開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560082
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 荒居 善雄 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70175959)
• 研究分担者: 荒木 稚子 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359691)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 太陽電池 / 材料力学 / 量子ドット / 超格子 / ひずみバンド

研究概要

量子ドット型多層膜太陽電池の作成過程において発生する歪を定量的に予測する解析技術を確立した。物質の組み合わせ、界面方位、外部から加えられた歪成分に対して界面近傍の歪分布が決まる弾性理論結果を得た。光-電気エネルギー変換過程に関しては、結晶の歪によってエネルギーバンドが変化することを歪成分の効果として整理し、発生する格子歪から光-電気エネルギー変換を評価する理論的枠組みを明らかにした。界面弾性効果を用いて、電池に用いられる候補材同士の結晶界面近傍の歪に及ぼす異種原子結合の影響を明らかにした。界面弾性効果で得られた界面近傍の特性を界面連続体モデルを用いて連続体力学に導入する方法を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of hybrid reinforcement on crack initiation and early propagation mechanisms in cast metal (2013)
  • 著者名/発表者名: Iqbal, AKM A., Arai, Y. and Araki, W.
  • 雑誌名: Mater. Design 巻: 45 ページ: 241-252
  • DOI: 10.1016/j.matdes.2012.09.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical Characteristics of Electrolytes assessed with Resonant Ultrasound Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Hidenori Azuma, Takahiro Yota, Yoshio Arai, and Jurgen Malzbender
  • 雑誌名: Fuel Cells, Special Issue : 10th European SOFC Forum (EFCF2012) 巻: Volume 13, Issue 4 ページ: 542-548
  • DOI: 10.1002/fuce.201200161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fracture mechanism of scandia-doped zirconia (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Dai Hanashiro, Yoshio Arai, Jurgen Malzbende
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 61 ページ: 3082-3089
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.01.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Reinforcement Clustering on Crack Initiation Mechanism in a Cast Hybrid Metal Matrix Composite during Low Cycle Fatigue (2013)
  • 著者名/発表者名: AKM Asif Iqbal, Yoshio Arai, Wakako Araki
  • 雑誌名: Open Journal of Composite Materials 巻: 3 ページ: 97-106
  • DOI: 10.4236/ojcm.2013.34010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degradation of 8 mol-yttria stabilized zirconia subjected to compressive stress during annealing (2012)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Takeshi Shimada, Yoshio Arai, Takaaki Somekawa, Kazuo Nakamura, Yoshio Matsuzaki
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 221 ページ: 35-39
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2012.06.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress Analysis of a Circular Cylinder with a Spherical Inclusion Under Tension (2012)
  • 著者名/発表者名: Horibe, T., Tsuchida, E., Arai, Y. and Tanai, K.
  • 雑誌名: J. Solid Mech. Mater. Engng 巻: vol.6, No. 7 ページ: 860-870
  • DOI: 10.1299/jmmp.6.860
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initiation of fatigue crack growth in austenitic stainless steel detected by ultrasound : Role of in-plane orientation (2012)
  • 著者名/発表者名: Nurul, I. M., Arai, Y. and Araki, W.
  • 雑誌名: Mater. Sci. Engng. A 巻: vol.556 ページ: 309-318
  • DOI: 10.1016/j.msea.2012.06.093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of Photoluminescence Quenching of InGaAs/GaAs Quantum Dots Resulting from Nanoprobe Indentation (2011)
  • 著者名/発表者名: Lixia Xu, Yoshio Arai, Kazunari Ozasa, Hiroki Kakoi, Yuan-Hua Lianga and Wakako Araki
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 巻: vol.11, No. 1 ページ: 106-114
  • DOI: 10.1166/jnn.2011.3818
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymptotic Analysis for the Singular Stress Behaviour around an Interface Edge of Dissimilar Power-Law Hardening Materials Joint (2011)
  • 著者名/発表者名: Md. Arefin KOWSER, Yoshio ARAI and Wakako ARAKI
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: vol.462-463 ページ: 1290-1295
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.462-463.1290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimum strain state for oxygen diffusion in yttria-stabilised zirconia (2011)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki and Yoshio Arai
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: vol.190 ページ: 75-81
  • DOI: 10.1016/j.ssi.2011.03.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence and Fracture Criterion of Mixed Mode I/II Fracture Toughness of Phenolic Resin for Friction Material (2011)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Hiroki Shintaku, Hiroyuki Ohashi, Yoshiki Horiuchi and Yoshio Arai
  • 雑誌名: Journal of Applied Polymer Science 巻: vol.121 ページ: 2301-2309
  • DOI: 10.1002/app
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved estimation of embedded InGaAs/GaAs quantum dots locations using a domed-apex nanoprobe (2011)
  • 著者名/発表者名: Lixia Xu, Yoshio Arai, Wakako Araki, Takahiro Ogawa, Kazunari Ozasa, Mizuo Maeda, Masahiko Hara
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol. B 巻: vol.29, Issue 5 ページ: 051808
  • DOI: 10.1116/1.3628632
  • 査読あり
• [学会発表] Oxygen-Ion Transfer Between YSZ/YSZ and YSZ/LSCF Under Mechanical Contact Stress (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Yoshio Arai, Jurgen Malzbender
  • 学会等名: ECS 224th Meeting
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 20131000
• [学会発表] Fatigue Crack Growth Mechanism in Cast Hybrid Metal Matrix Composite Reinforced with SiC particles and Al2O3 Whiskers (2013)
  • 著者名/発表者名: AKM Asif Iqbal, Yoshio Arai, Wakako Araki
  • 学会等名: 9th International Conference on Fracture and Strength of Solids
  • 発表場所: Hotel HK Jeju, Jeju, South Korea
  • 年月日: 20130609-13
• [学会発表] Oxygen-Ion Transfer between YSZ/YSZ and YSZ/LSCF under Mechanical Contact Stress (2013)
  • 著者名/発表者名: Wakako Araki, Yoshio Arai, and Jurgen Malzbender
  • 学会等名: ECS Transactions
  • 発表場所: (Vol 58, No 2, 275-281)
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] 集中力列による立方晶ジルコニア中の酸素原子空孔間の弾性相互作用のモデル化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 日本機械学会2013年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: 岡山大学(J061015)(CD-ROM)
  • 年月日: 2013-09-10
• [学会発表] Malzbender Mechanical Characteristics of Electrolytes assessed with Resonant Ultrasound Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Araki, H. Azuma, T. Yota, Y. Arai, J.
  • 学会等名: 10th European SOFC Forum
  • 発表場所: Lucerne, Switzerland
  • 年月日: 20120626-29
• [学会発表] Effect of Hybrid Reinforcement on Crack Initiation and Early Propagation Mechanisms in Cast MMC During Low Cycle Fatigue (2012)
  • 著者名/発表者名: AKM Asif Iqbal, Yoshio Arai, Wakako Araki
  • 学会等名: 15th European Conference on Composite Materials
  • 発表場所: Venice, Italy
  • 年月日: 20120624-28
• [学会発表] 金属基複合材料の低サイクル疲労き裂発生メカニズムに及ぼすハイブリッド強化の影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: AKM Asif Iqbal,荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 第56回日本学術会議材料工学連合講演会講演論文集
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2012-10-30
• [学会発表] 多結晶シリコン太陽電池の発電効率に及ぼすひずみの影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 用田貴紘,荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2012講演論文集
  • 発表場所: 愛媛大学(PS27)(CD-ROM)
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] 立方晶ジルコニア中の酸素原子空孔間の弾性相互作用の異方性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 日本機械学会2011年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: (No.11-1)(CD-ROM)
  • 年月日: 2011-09-13
• [学会発表] イットリア安定化ジルコニアのアニール劣化に及ぼす高応力の影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 島田健,荒木稚子,荒居善雄
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011講演論文集
  • 発表場所: (GS14)(CD-ROM)
  • 年月日: 2011-07-18
• [学会発表] スカンジア安定化ジルコニアの高温機械的特性の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 花城大,荒木稚子,荒居善雄
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011講演論文集
  • 発表場所: (OS1804)(CD-ROM)
  • 年月日: 2011-07-18
• [学会発表] 超音波後方反射強度による炭素鋼の低サイクル疲労損傷評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒澤隆文,荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011講演論文集
  • 発表場所: 九州工業大学(OS0306)(CD-ROM)
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] 立方晶ジルコニア中の酸素原子空孔と外力の弾性相互作用 (0)
  • 著者名/発表者名: 荒居善雄,荒木稚子
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会講演論文集
  • 発表場所: 金沢大学(No.12-1)(CD-ROM)
  • 年月日: 00000912