授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 本授業は、光・電気・化学エネルギーの相互変換を担う各種エネルギーデバイスについて、その基礎物理および熱力学的原理を理解するとともに、材料・界面・デバイス構造がエネルギー変換効率および耐久性に与える影響を体系的に学ぶことを目的とする。
太陽電池、発光デバイス、⽔電解、燃料電池、人工光合成などの具体例を通じて、エネルギー変換の共通原理を横断的に理解し、個別技術を原理に基づいて評価・設計できる基礎的能力を養う。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | The objective of this course is to provide students with a fundamental understanding of the physical and thermodynamic principles governing energy conversion processes, with particular emphasis on the interconversion of optical, electrical, and chemical energy.
Through representative energy devices such as solar cells, light-emitting devices, water electrolysis systems, fuel cells, and artificial photosynthesis, students will learn how materials, interfaces, and device structures influence energy conversion efficiency and durability.
By the end of this course, students will acquire the ability to analyze, compare, and evaluate energy conversion technologies based on their underlying principles rather than on empirical performance alone. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | 本授業を修了した学生は、以下の能力を身につけることを目標とする。
１．光・電気・化学エネルギー変換に関わる基本的な物理・化学原理を説明できる。
２．太陽電池、ディスプレイ、水電解、人工光合成などのエネルギー変換デバイスの動作原理を理解し、エネルギー変換過程を定性的・定量的に説明できる。
３．エネルギー変換効率を支配する要因（吸収、輸送、反応、損失）を整理し、材料およびデバイス設計の観点から議論できる。
４．既存および次世代エネルギー技術の特徴と課題を理解し、科学技術的視点から評価できる。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | Upon successful completion of this course, students will be able to:
1. Explain the fundamental physical and chemical principles governing light, electrical, and chemical energy conversion processes.
2. Understand and describe the operating principles of energy conversion devices such as solar cells, display technologies, water electrolysis systems, and artificial photosynthesis, both qualitatively and quantitatively.
3. Identify and discuss the key factors that determine energy conversion efficiency, including absorption, charge transport, chemical reactions, and energy losses, from the viewpoints of materials and device design.
4. Evaluate existing and emerging energy technologies by understanding their characteristics, advantages, and challenges from a scientific and engineering perspective. |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | 物理化学（熱力学、自由エネルギー、化学平衡）
材料科学基礎（電子物性、半導体の基礎）
電気化学基礎（電極反応、電位） |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | Physical Chemistry (thermodynamics, free energy, and chemical equilibrium)
Fundamentals of Materials Science (electronic properties, and basic semiconductor physics)
Basic Electrochemistry (electrode reactions and electrochemical potential) |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | 1. エネルギー変換工学の位置づけと社会的背景
2. エネルギーの形態と相互変換（光・電気・化学エネルギー）
3. 光と物質の相互作用：吸収・発光・励起状態
4. 半導体の基礎とエネルギーバンド構造
5. 光電変換の原理と太陽電池の基本動作
6. 無機・有機・ペロブスカイト太陽電池の比較と設計指針
7. ディスプレイデバイスにおけるエネルギー変換（発光と電荷輸送）
8. 電気化学の基礎：電極反応とエネルギー変換
9. 水電解による水素製造の原理と材料
10. 水素エネルギーと燃料電池の基礎
11. 人工光合成における光–化学エネルギー変換
12. エネルギー変換効率と損失機構の理解
13. 次世代エネルギー変換技術と材料設計の展望
講義終了後は配布された資料を読み返し理解を深めること。また毎回のレポート課題がある。 |
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授業の内容【英語】
Course Content | | 1. Overview and societal relevance of energy conversion engineering
2. Forms of energy and their interconversion (light, electrical, and chemical energy)
3. Light–matter interactions: absorption, emission, and excited states
4. Fundamentals of semiconductors and energy band structures
5. Principles of photovoltaic energy conversion and solar cell operation
6. Comparison and design concepts of inorganic, organic, and perovskite solar cells
7. Energy conversion in display devices: light emission and charge transport
8. Fundamentals of electrochemistry: electrode reactions and energy conversion
9. Principles and materials for hydrogen production via water electrolysis
10. Basics of hydrogen energy systems and fuel cells
11. Light-to-chemical energy conversion in artificial photosynthesis
12. Energy conversion efficiency and loss mechanisms
13. Outlook on next-generation energy conversion technologies and materials design
After the lecture, read back the distributed materials and documents to deepen your understanding. Students are required to submit report assignments every time. |
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | レポート課題（100％）
太陽電池、ディスプレイ、水電解、人工光合成など、講義で扱ったエネルギー変換技術を題材としたレポートを課す。原理理解の正確さ、論理的な説明、図や模式図を用いた考察力を評価する。 |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | Written Reports (100%)
Reports will be assigned on energy conversion technologies discussed in the course, such as solar cells, display devices, water electrolysis, and artificial photosynthesis.
Evaluation will be based on accuracy of fundamental understanding, logical explanation, and the ability to analyze systems using figures and schematic diagrams. |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | |
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教科書【日本語】
Textbook | | |
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教科書【英語】
Textbook | | | None. Distribute materials as necessary |
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参考書【日本語】
Reference Book | | |
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参考書【英語】
Reference Book | | | “Science of Organic Thin-Film Solar Cels”, Yutaka Matsuo, Kagakudojin |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | |
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使用言語【英語】
Language used | | |
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使用言語【日本語】
Language used | | |
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授業開講形態等【日本語】
Lecture format, etc. | | |
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授業開講形態等【英語】
Lecture format, etc. | | | On-demand or face-to-face |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【日本語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【英語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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実務経験のある教員等による授業科目（大学等における修学の支援に関する法律施行規則に基づくもの）＜実務経験について＞
Courses taught by Instructors with practical experience(Practical experience) | | |
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実務経験のある教員等による授業科目（大学等における修学の支援に関する法律施行規則に基づくもの）<実務経験と本授業との関連性>
Courses taught by Instructors with practical experience(Relevance of the practical experience to this course) | | |
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