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2012年01月16日

物質・材料研究機構が、シリコン太陽電池の発電量を100倍までアップできるという新構造の材料を開発、5年後の実用化を目指す

物質・材料研究機構」の研究グループが、シリコン太陽電池発電量を現行の100倍までアップすることが期待できるという、新構造の材料を開発したとのこと。

(ニュース記事)
・太陽電池の発電量が100倍、物質・材料研究機構による新素材(環境ビジネス)
 http://www.kankyo-business.jp/news2012/20120116_a.html
・シリコン太陽電池、発電量100倍 物材機構(日本経済新聞)
 http://www.nikkei.com/news/category/article/g=96958A9C93819595E3E6E2E29B8DE3E7E2E3E0E2E3E086989FE2E2E2;at=DGXZZO0195165008122009000000

上記URL先ページによると、開発された材料の概要は、

・構造:
 ナノワイヤ型のシリコンナノ構造体多数直立させている。(剣山のような形)

・主な特徴:
 上記の構造により、
 ・発電可能な面積の拡大
 ・光の反射の低減、吸収効率の増大
 を実現する。

・期待されるメリット:
 従来の構造(シリコン材料を平らに積層)と比較して、
 ・同面積での発電量が100倍になる。
 と試算している。
 (発電量を一定に保つ場合、設置面積1/100にできる計算)
 また、シリコン材料の節約(低コスト化)にもつながる。

・今後の予定:
 5年後の実用化を目指す。

等となっています。


100倍という数字はインパクトが大きいですが、それだけに正直、いまいち意味が掴めないとも感じます。

例えば面積1m2の太陽電池モジュール(仮に発電能力160Wとする)に今回の技術を適用して、発電能力が100倍の16,000Wになる、というようなことが有り得るんでしょうか?
(日本付近での太陽光のエネルギー密度は、最大約1kW/m2[2]とされているはずだが)

ともあれ、発電能力を大幅に向上できる可能性がある、という点で非常に興味深い技術であることは確かなので、今後のより詳しい情報の発表や、実用化に向けた取り組みの進展に期待したいところです。


※参考サイト・ページ
・[1]独立行政法人物質・材料研究機構
 http://www.nims.go.jp/
・[2]地球到達(ウィキペディア「太陽光」内)
posted by 管理人 at 23:34 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年12月23日

米MITの研究グループが、3D形状による太陽電池の大幅な発電能力アップを確認、立方体だと同面積の平面パネルの3.8倍

MIT(Massachusetts Institute of Technology)の研究グループが、太陽電池パネルを3次元的な形状に組み合わせることで、発電能力の大幅アップが可能であることを確認したとのこと。

(ニュース記事)
・マサチューセッツ工科大学、次世代3Dソーラーパネルの威力を実証
 http://www.eco-front.com/news_1koVK2abi.html

(MITのブログ「technology review」内の記事)
・How 3-D Photovoltaics Could Revolutionize Solar Power
 http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27420/

上記URL先ページによると、今回の取り組みの概要は、

・実験:
 複数種類の3D形状の太陽電池パネルについて、シミュレーションを実施。
 そしてその中の幾つかを、MITの建物の屋根に設置して試験を行った。

・結果:
 通常のパネル(平面設置)と比べ、
 ・最大20倍の発電電力量が得られた。
 ・発電のピーク時間帯2倍に拡大する。
 ・季節による変動を縮小する。
 といった効果が得られた。
 例えば単純な立方体(上部が開口、内側・外側の両面に太陽電池を設置)の場合でも、発電電力量は同面積の平面設置パネルの3.8倍となった。
 (※追尾型システムの場合は最大1.8倍)

・発電量が増える要因:
 ・太陽光の入射角度が低い場合も、光を集めることができる。
 ・3D構造の内部で光が反射することで、吸収量が高まる。

等となっています。


今年の夏には米国の13歳の少年による、木の枝葉の形状を模した設置方法が報じられていましたが、太陽電池の3次元的設置による発電能力向上の効果は想像以上に高い、ということなんでしょうか。

そして今回の発表では、より単純な立方体型でも4倍弱ものアップ効果が確認されているとのことで、実用化の面でもより魅力が高いのでは、と感じます。

また個人的には特に、立方体において日の当たる向きや日陰を気にせず、内・外全ての面に太陽電池を備えても、発電量が同面積の平面パネルより大幅に高くなる、というのが非常に意外でした。
posted by 管理人 at 16:05 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年12月03日

ベルギー「IMEC」と提携企業7社が、変換効率23.3%の結晶シリコン型太陽電池セルを開発、裏面電極に「interdigitated back-contact(IBC)」を採用

ベルギーの「IMEC」が12月1日、

・提携企業7社と共同で、変換効率23.3%の結晶シリコン型太陽電池セルを開発した。

ことを発表したとのこと。

(ニュース記事)
・IMECなどがセル変換効率23.3%のSi系太陽電池開発、櫛形裏面電極などで実現(日経BPネット)
 http://www.nikkeibp.co.jp/article/news/20111202/292451/?rt=nocnt

(Imecのサイト内ページ)
・Interdigitated back-contact silicon solar cells above 23% efficiency
 http://www2.imec.be/be_en/press/imec-news/imecsolaribccell.html

上記URL先ページによると、今回の開発セルの概要は、

・主な特徴:
 裏面電極に「interdigitated back-contactIBC)」を採用している。

・セルの面積:2cm四方

・主な技術・構造:
 ・n型ベースfloat-zone(FZ)のシリコン基板
 ・ランダムピラミッドテクスチャ
 ・ホウ素を拡散したエミッタ
 ・リンを拡散した前面
 ・熱成長二酸化ケイ素(表面の不動態化のため)
 ・SiN単層反射防止膜
 ・リソグラフィによるパターニング
 ・アルミ配線

・確認された性能:
 ・変換効率:23.3
 ・JSC41.6mA
 ・VOC696mV

・開発の提携企業:
 ・Schott Solar(独)
 ・Total
 ・Photovoltech
 ・GDF-SUEZ
 ・Solland Solar
 ・Kaneka
 ・Dow Corning

等となっています。


裏面電極を櫛の歯状にしていることが強調されていますが、それだけその方式による変換効率アップの効果が大きい、ということでしょうか。

提携企業の中にカネカ社の名前もあるので、今回の技術が今後、同社の太陽電池に採用される可能性はあるのか、非常に興味を引かれます。
posted by 管理人 at 12:48 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年12月02日

産総研が、ステンレス金属基盤を採用したフレキシブルCIGS太陽電池のサブモジュールを作成、変換効率も15.0%を実現

産業技術総合研究所が、柔軟性のあるステンレス金属基盤を用いたCIGS太陽電池を作成したとのこと。

(産総研のサイト内ページ)
・金属箔を基板に用いたフレキシブルCIGS太陽電池
 http://www.aist.go.jp/aist_j/aistinfo/aist_today/vol11_12/p12.html

上記URL先ページによると、今回の取り組みの概要は、

・背景:
 フレキシブル太陽電池は、
 ・軽量
 ・曲げることが可能
 という機能面での優位性を持つ一方、性能面では従来の太陽電池に劣っている。
 産総研では独自のプロセス技術を用い、フレキシブルセラミックス基盤(厚さ200〜300μm)を用いて集積型CIGSサブモジュールを作製し、従来の太陽電池(ガラス基板を採用)と同等の性能を達成している。
 しかしこの技術については、
 ・基板の低コスト化・大面積化
 ・量産性の向上
 等の技術課題が残っていた。

・基盤:
 ・富士フイルム社との共同研究。
  高温耐性・耐環境性・安価といった利点を持つ、ステンレスの金属箔を基板に採用した。
 ・ステンレス箔の上に、まずアルミニウム層を形成。
  そしてその表面を、陽極酸化法により酸化アルミニウムに変化させている。
 ・また酸化アルミニウム層の上に、極薄のケイ酸塩ガラス層を形成。
  これにより、高精度に制御されたNa添加を行い、高性能化を実現した。
  (※CIGS太陽電池では、アルカリ金属(Na等)の添加により高い光電変換効率を得る「Na効果」がある)

・作成したサブモジュールの性能:
 ・開放電圧:10.54V
 ・短絡電流密度:33.39mA/cm2
 ・曲線因子:0.683
 ・光電変換効率:15.0

等となっています。


実用化の具体的な予定はまだ無いようですが、低価格な素材の基盤で、フレキシブル性と高い変換効率を両立しているというのが非常に魅力的なので、今回の成果が、今後何らかの形で製品化につながることを期待したいです。
posted by 管理人 at 13:07 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年11月04日

英国の環境設計技師が「海洋太陽電池(Marine Solar Cells)」の案を発表、海面の反射で発電効率の20%アップが見込まれるとのこと

英国の環境設計技師の方(フィル・ポウリー氏)が、高い発電効率を得られるという「海洋太陽電池Marine Solar Cells)」の案を発表したとのこと。

(ニュース記事)
・今週のグリーンフロント・フラッシュ・ニュース(U.S. FrontLine)
 http://www.usfl.com/Daily/News/11/11/1102_016.asp?id=91797

上記URL先ページによると、このシステムの主な特徴は、

ドーム型の太陽光発電システムを、海上に多数設置する。
製造コストが比較的安価。
発電効率が、太陽光の海面反射により陸上設置と比べて20%高い。

というもの。

またこの太陽光発電システムに、波動発電システム(自然浮力変位動力を用いる)を組み合わせることも想定されているとのことです。


この件について他の情報源を見つけることができなかったのが残念ですが、海面からの反射により発電効率が2割もアップするというのが本当であるなら驚きです。

日本でもつい先日、「稚内メガソーラー発電所」で、白いホタテ貝殻を地面に敷く試みが報じられていますが、太陽電池パネル周囲からの反射光が、実際にどの程度発電量アップに寄与するものなのか、今後具体的な調査結果が出てくるのを待ちたいところです。
posted by 管理人 at 13:16 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年10月03日

青森県の六ヶ所村で、複数の通信方式を用いて住宅用太陽光発電の出力制御を行う実証試験が開始予定

青森県の六ヶ所村で、複数の通信方式を用いて太陽光発電出力制御を行う実証試験が、今年度から開始される予定とのこと。

(ニュース記事)
・太陽光発電の通信制御試験へ(東奥日報)
 http://www.toonippo.co.jp/news_too/nto2011/20111001110256.asp?fsn=eb33f76037153e93cde084f7e7644d6f

上記URL先ページによると、この取り組みの概要は、

・背景:
 ・太陽光発電を大量導入するためには、他の発電方式と同様に、需要に応じて出力制御を行う必要がある。
  この場合、蓄電池を用いる方法もあるが、太陽光発電システムの出力を抑制するほうがコストが低く済む。
 ・今回は、再生可能エネルギーにおける取り組みが進んでいることから、青森県が試験場所に選定された。
  (他に、栃木県・茨城県でも試験が実施されるが、住宅を対象とするのは青森県のみ)
・実験の内容:
 各家庭に、
 ・PCS
 ・PCSと同等の性能を備えるパソコン
 を設置。
 村内の別の場所に設置したサーバーから、
 ・WiMAX
 ・携帯
 ・無線
 などを用いて、信号をPCSに送信して太陽光発電システムの出力制御を行う。
・参加組織:国内の大学、電力会社、通信関連メーカーなど33法人
・実験対象:六ケ所村の住宅約100
・実施期間:2011年からの3年間
・総事業費:約19億円(※国の補助事業を活用し、半額を国の負担で賄う)
・今後の予定:
 2011年度は機器の開発を実施。
 遅くとも2012年12月には、
 ・試験(データ採取など)
 ・各通信方式の効果などの検証
 を開始する。

等となっています。


太陽光発電について、個人的にはとにかく発電能力をアップすることが重要、というイメージを持っていましたが、関心が高まり普及拡大が見込まれる現状では、他の発電方法と同じく出力の制御についても考える必要が生じてきている、ということでしょうか。

私としては蓄電池に蓄えるほうが、夜間にその電力を使えるので魅力的だと感じますが、設備のコストが高いことも確かなので、電力系統を安定させる方法の1つとして、出力抑制の技術についても注目したいところです。


※参考サイト・ページ
・[1]六ヶ所村(ウィキペディア)
posted by 管理人 at 22:31 | Comment(0) | 研究・開発の動向

米MITとSun Catalytix社の研究者らが、触媒や合金でコーティングしたアモルファスシリコン太陽電池により、水を水素と酸素に分解する技術の論文を発表

Massachusetts Institute of Technology(MIT)
・米「Sun Catalytix」社

の研究者らによる、太陽光水素酸素に分解する技術の論文が、米「Science」に掲載されたとのこと。

(ニュース記事)
・太陽の光で水を分解する「人工の葉」を開発、米研究(AFP BB)
 http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/science-technology/2831835/7856090?utm_source=afpbb&utm_medium=topics&utm_campaign=txt_topics

(「Science」誌のサイト内ページ)
・Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts
 http://www.sciencemag.org/content/early/2011/09/28/science.1209816.abstract?sid=831277f9-3b6e-4d1a-88a6-4f53e3655c58

上記URL先ページによると、この技術の概要は、

・装置:
 ・構造:
  アモルファスシリコン太陽電池セルの両面を各々、
  ・コバルト等を素材とする触媒
  ・ニッケル・モリブデン・亜鉛の合金
  でコーティングする。
  (地球上に豊富に存在する、安価な素材のみで作ることができる)
 ・機能:
  上記のセルを水が入った容器に入れると、
  ・触媒側の面:酸素
  ・合金側の面:水素
  の泡が出てくる。

・水分解の効率:
 「1 sun of AM 1.5 simulated sunlight」の条件で、
 ・「wired configuration」:4.7
 ・「wireless configuration」:2.5
 (※管理人注:
   英語の論文要旨のみでは意味を理解できなかったので、そのまま記載しました)

・想定用途:
 この方法で出てくる水素を、エネルギー源に利用する。
 また、酸素と水素を燃料電池に用いることも可能。

等となっています。

またニュース記事では、MITの研究者であるDaniel Nocera氏の、

・「このアイディアには現実的な機会がでてくると思っている。
  これ以上ないほどポータブルで、配線も不要。
  軽量である上、ガスの泡を集めて保存する装置を除けば、必要な付随装置も少ない」
・発生するガスを収集・保存して利用するシステムが開発されるまでは、商用化はできない。
 しかし「これは1つのステップだ。正しい方向に行っている」

とのコメントが紹介されています。


私は論文の本文を読んでいないので、正直いまいち技術の内容を掴めていませんが、コーティングした太陽電池をそのまま(特に配線や他の機器を接続せずに)水に入れ、太陽光を当てれば水素と酸素を発生できる、というのであれば、確かに非常に魅力的なものだと感じます。

現状ではまだ実用化には時間がかかると見受けられますが、素材も高価・希少なものを使わないようなので、今後の進展に強く期待したいところです。


※参考サイト・ページ
・[1]MIT
 http://web.mit.edu/
・[3]Daniel G. Nocera
 http://web.mit.edu/chemistry/www/faculty/nocera.html
・[4]Nocera Lab
 http://nocera.mit.edu/Home
・[2]Sun Catalytix
 http://www.suncatalytix.com/
posted by 管理人 at 22:30 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年09月25日

米Solar3D社が「3次元構造」の太陽電池セルを開発中、内部で光を反射させて効率よい発電を狙う

米国の「Solar3D」社が、高い変換効率と低コストが実現できるという、立体型太陽電池の開発に取り組んでいるとのこと。

(ニュース記事)
・今週のグリーンフロント・フラッシュ・ニュース(US.FrontLine)
 http://www.usfl.com/Daily/News/11/09/0922_001.asp?id=90943

(「Solar3D」社のサイト)
・Solar3D
 http://solar3d.com/

上記URL先ページによると、この太陽電池の概要は、

・背景:
 ・従来の平面型のシリコン太陽電池セルでは、
  ・照射された光の約30%が、表面で反射される。
  ・セル内部で、電子と正孔が電極にたどり着くまでの距離が長いため、再吸収されてしまうことがある。
  との条件から、実際の変換効率は理論上の上限(約29%)より下回っている。
 ・太陽光発電による発電量は、現在は世界全体の発電量の1%に満たない。
  Solar3D社では、太陽光発電の普及が進むためには、
  ・変換効率の向上
  ・コストダウン
  が必要と考えている。

・特徴:
 無数の細かい3次元的なセル構造(球状?)の内部に、光子を捉えて何度も反射させることで、光のほぼ100%を電力に変換する。
 この方式により、従来の太陽電池パネル(平面構造で構成)の欠点解消が期待される。
・今後の予定:
 2011年末までに、試作品の完成を目指す。

等とのこと。

またニュース記事では、Solar3D社CEOのネルソン氏の

・「当社の新しい太陽電池技術により、太陽発電は経済的に競争力を強めることができる」

とのコメントが紹介されています。


3次元のセル構造の具体的な形状・大きさが分からず、また製造コストを(従来の平面型より)本当に安くできるのか?というのが気になりますが、新しい太陽電池の1つとして、まずは試作品の完成による、実際の発電能力の検証を待ちたいところです。
posted by 管理人 at 08:26 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年09月20日

岡山大学が研究中の「グリーンフェライト」を用いる太陽電池は、赤外線も発電に利用できる可能性ありとのこと

下記URL先ページでは、岡山大学で研究が進められている、酸化鉄化合物「グリーンフェライトGF)」を用いる太陽電池について記述されています。

(ニュース記事)
・光吸収100倍の太陽電池を開発 岡山大、生活排熱で発電も(MSN産経ニュース)
 http://sankei.jp.msn.com/science/news/110919/scn11091916400001-n1.htm

具体的には、

・構造:
 粉末状のグリーンフェライトを、土台の金属に薄く塗布する。
・主な特徴:
 ・光の吸収率は、従来のシリコン製太陽電池の100倍以上。
 ・柔軟性を持っており、曲げ伸ばしが可能。
  (煙突や電柱への巻き付け設置も見込まれる)
 ・赤外線を発電に利用できる可能性がある。
  (※赤外線は熱を持つものから出ているため、
    ・家の中(台所の天井など)
    ・街中
    の排熱でも、発電できる可能性がある)
・製造コスト:約1,000円/kWを目標としている。
・実用化の目標時期:2013

といった内容が記述されており、また太陽電池セルの試作品の写真も掲載されています。


記事では、シリコン製太陽電池の製造コストについて約100万円/kWと書かれていますが、現在の価格水準については

・2011年度の住宅用太陽光発電補助金制度:システム価格60万円/kW以下が適用条件の1つ
・神奈川県の見方:太陽電池パネルの価格は約50万円/kWまで下がっている

等の数字があるので、明らかな間違いと思われます。

とはいえ、約1,000円/kWの製造コストを実現できた場合は、太陽光発電において文字通り革新的な進歩をもたらすことになるので、是非実用化を果たしてほしいところです。
(実際には、変換効率は勿論、パネルの耐久力や、温度による発電能力の変化などが実用的な水準を実現できるのか、検証される必要があるとは思いますが)

また、熱源から出る赤外線も発電に利用できる可能性があるというのは、かなり驚きました。
(熱を持つものから、ということは遠赤外線でしょうか)


※参考サイト・ページ
・[1]国立大学法人 岡山大学
 http://www.okayama-u.ac.jp/
・[2]岡山大学 大学院自然科学研究科
 http://www.gnst.okayama-u.ac.jp/
・[3]岡山大学 研究者詳細 - 池田 直
 http://soran.cc.okayama-u.ac.jp/view?l=ja&u=1f3689181a4bb98974506e4da22f6611&n=%E6%B1%A0%E7%94%B0%E3%80%80%E7%9B%B4&sm=name&sl=ja&sp=1
・[4]電子誘電体 RFe2O4
 http://www.physics.okayama-u.ac.jp/nogami_homepage/i/reserch.html
・[5]Research Center for New Functional Materials for Energy production, Storage, and Transport - Okayama University(※「Green Ferrite」に関する若干の記述有り)
 http://www.okayama-u.ac.jp/en/tp/cooperation/en_RCenter_for_NFM.html
・[6]赤外線(ウィキペディア)
posted by 管理人 at 08:38 | Comment(0) | 研究・開発の動向

2011年09月12日

九州大学の研究者が発案した「空中太陽光発電」の、実用化に向けた研究会が2011年9月内にも発足予定

下記URL先ページの中で、九州大学の研究者の方が発案した「空中太陽光発電」の実用化研究予定が紹介されています。

(ニュース記事)
・広大な専用敷地不要 空中ソーラー発電、九大など研究へ(朝日新聞)
 http://www.asahi.com/national/update/0901/SEB201109010009.html

具体的には、

・研究会:
 河川工学の教授の方を中心として、実用化に向けた研究会2011年9月内にも発足させる。
 これには、
 ・大手ゼネコン
 ・鉄鋼メーカー
 も参加する予定。

・実証実験:
 下記の予定としている。
 ・場所:九州大学伊都キャンパス(福岡市西区)等。
 ・規模:600kW級
 ・事業費用:3年間で約10億円の見込み

との内容が記述されています。


実証実験について昨年1月には、の予定と報じられていましたが、遅れながらも今回実現の見込みが立ってきた、ということでしょうか。

東日本大震災や原発事故を背景に、自然エネルギー発電の導入機運が高まっている中で、このユニークな空中設置方式も、有効な方法として実用化されることを期待したいところです。


※参考サイト・ページ
・[1]九州大学
 http://www.kyushu-u.ac.jp/
posted by 管理人 at 09:17 | Comment(0) | 研究・開発の動向