団塊の世代のつぶやき

誇れる日本を取り戻そう

変換効率100%

2010年11月12日 | 太陽光発電

  太陽電池の変換効率は第3258回第3271回第3779回で取り上げた「量子ドット型」が理論的には60%が可能と言われていると書きました。
  ところが、何と100%の可能性がある理論もあるそうです。ちょっと古い記事ですがネット巡回の途中で見つけました。これは知りませんでした。
  チョッと長いですが全文を取り上げてみます。と言うかどこを省いたら良いのか判断できませんでした。つまりは意味が良くわからないのです。

 太陽光を100%電気にする太陽電池  :日本経済新聞より 2010/2/26

 太陽から降り注ぐエネルギーは1平方メートル当たり約1キロワットと計算されている。太陽光発電(太陽電池)はそのエネルギーから電気を作っているのだが、電気への変換効率は20%程度。残りの80%以上は捨てている。実にもったいない。

 ところが日本の最先端研究で太陽光を100%利用できる可能性が出てきた。危うく研究予算を打ち切られるところだったスーパーコンピューターがそんな太陽電池の設計をやってのけたのだ。

 大気や海洋の変化の大規模なシミュレーションに使う超高速スパコン「地球シミュレータ」。これを扱う高度情報科学技術研究機構(RIST)の手島正吾主任研究員らは、原子の特性値から物質の構造や電気特性などを求める「第1原理計算」という手法を使い、太陽光をすべて電気に変換する太陽電池の構造を求める研究に取り組んでいる。

 さすがに高速計算だけあって、その成果は1年で出始めた。「地球のどこにでも豊富にある炭素だけで作ることができる」と手島主任研究員は言う。それを実現するのは「マッカイ結晶」。英ロンドン大学の結晶学者、アラン・マッカイ名誉教授が数学的に推定し、1991年に英科学誌ネイチャーに発表した。まだ誰も合成に成功していない幻の物質だ。

 マッカイ結晶は炭素原子で構成する実在の球状分子「フラーレン」から作れる可能性がある。フラーレンを立体的に積み重ねて全方位から圧縮すると計算上はお互いが結合してマッカイ結晶になる。フラーレンは炭素原子の数によってC78、C76、C74、C70、C60など様々な種類が見付かっている。原子数が減少するほどフラーレンは縮小し、それで構成するマッカイ結晶は高密度になる。

 手島主任研究員らは、フラーレンが縮小するほど太陽電池の電気特性値である「バンドギャップ」が小さくなるとの計算結果を得た。バンドギャップが小さくなると、反比例して電気に変換できる光の波長が長くなる。これまでシリコン太陽電池を素通りしたり跳ね返っていたりした可視光より長い波長の赤外線光も利用できる可能性がでてきた。

 シリコン太陽電池の下にマッカイ結晶を敷けば、エネルギー変換効率は格段に上がるはずだ。しかし手島主任研究員はその先にある「オール炭素太陽電池」の実現を目指している。太陽光に当たる側から、紫外光、可視光、赤外光に対応したマッカイ結晶を配置する。こうすると「アンコウのつるし切り」のように太陽光をすべて食べ尽くすことができる。なお積層順を反対にすると長波長側から光を外に逃がすので効果はない。「積層の順番を間違えないように」(手島主任研究員)

 ここまではスパコンで求めた。あとは実際にマッカイ結晶を合成することになる。RIST自体は超高速計算の専門機関だが、ナノ炭素研究所(長野県上田市)の大沢映二社長(豊橋技術科学大学名誉教授)や名古屋大学の篠原久典教授、信州大学の遠藤守信教授など著名な炭素物質研究者をメンバーとする研究会組織を持ち、計算結果を物質合成につなぐ仕組みがある。

 マッカイ結晶はまだ計算上の物質だが、合成研究者と連携することで、太陽光を丸ごと電気に変える太陽電池は近い将来に日本で開発されるかもしれない。炭素だけで作れれば、資源が少ないと嘆く日本も困らない。それどころか日本の資源で世界制覇できる製品が誕生することになる。

 (科学技術部記者 黒川卓)[日経産業新聞online2010年2月26日掲載]

  読んでも、中身を理解することはできません。しかし、何となく夢のありそうな話なので取り上げました。
  もし、これが実現されれば何時も言っている日本が世界のエネルギー大国になるという夢も本当になりそうです。
  こういう記事を見ると技術の限界なんて無いのかもしれないと思えるようになってきます。人間が考えることは実現されるというのは本当なのかもしれませんね。
  今の民主党政権を見ていると日本の終わりは近いような気がしますが、案外、日本人はそんな危機も乗り越えて行くのかもしれません。

もっと自信を持ちますか!


変換効率100%

2010年11月12日 | 太陽光発電

  太陽電池の変換効率は第3258回第3271回第3779回で取り上げた「量子ドット型」が理論的には60%が可能と言われていると書きました。
  ところが、何と100%の可能性がある理論もあるそうです。ちょっと古い記事ですがネット巡回の途中で見つけました。これは知りませんでした。
  チョッと長いですが全文を取り上げてみます。と言うかどこを省いたら良いのか判断できませんでした。つまりは意味が良くわからないのです。

 太陽光を100%電気にする太陽電池  :日本経済新聞より 2010/2/26

 太陽から降り注ぐエネルギーは1平方メートル当たり約1キロワットと計算されている。太陽光発電(太陽電池)はそのエネルギーから電気を作っているのだが、電気への変換効率は20%程度。残りの80%以上は捨てている。実にもったいない。

 ところが日本の最先端研究で太陽光を100%利用できる可能性が出てきた。危うく研究予算を打ち切られるところだったスーパーコンピューターがそんな太陽電池の設計をやってのけたのだ。

 大気や海洋の変化の大規模なシミュレーションに使う超高速スパコン「地球シミュレータ」。これを扱う高度情報科学技術研究機構(RIST)の手島正吾主任研究員らは、原子の特性値から物質の構造や電気特性などを求める「第1原理計算」という手法を使い、太陽光をすべて電気に変換する太陽電池の構造を求める研究に取り組んでいる。

 さすがに高速計算だけあって、その成果は1年で出始めた。「地球のどこにでも豊富にある炭素だけで作ることができる」と手島主任研究員は言う。それを実現するのは「マッカイ結晶」。英ロンドン大学の結晶学者、アラン・マッカイ名誉教授が数学的に推定し、1991年に英科学誌ネイチャーに発表した。まだ誰も合成に成功していない幻の物質だ。

 マッカイ結晶は炭素原子で構成する実在の球状分子「フラーレン」から作れる可能性がある。フラーレンを立体的に積み重ねて全方位から圧縮すると計算上はお互いが結合してマッカイ結晶になる。フラーレンは炭素原子の数によってC78、C76、C74、C70、C60など様々な種類が見付かっている。原子数が減少するほどフラーレンは縮小し、それで構成するマッカイ結晶は高密度になる。

 手島主任研究員らは、フラーレンが縮小するほど太陽電池の電気特性値である「バンドギャップ」が小さくなるとの計算結果を得た。バンドギャップが小さくなると、反比例して電気に変換できる光の波長が長くなる。これまでシリコン太陽電池を素通りしたり跳ね返っていたりした可視光より長い波長の赤外線光も利用できる可能性がでてきた。

 シリコン太陽電池の下にマッカイ結晶を敷けば、エネルギー変換効率は格段に上がるはずだ。しかし手島主任研究員はその先にある「オール炭素太陽電池」の実現を目指している。太陽光に当たる側から、紫外光、可視光、赤外光に対応したマッカイ結晶を配置する。こうすると「アンコウのつるし切り」のように太陽光をすべて食べ尽くすことができる。なお積層順を反対にすると長波長側から光を外に逃がすので効果はない。「積層の順番を間違えないように」(手島主任研究員)

 ここまではスパコンで求めた。あとは実際にマッカイ結晶を合成することになる。RIST自体は超高速計算の専門機関だが、ナノ炭素研究所(長野県上田市)の大沢映二社長(豊橋技術科学大学名誉教授)や名古屋大学の篠原久典教授、信州大学の遠藤守信教授など著名な炭素物質研究者をメンバーとする研究会組織を持ち、計算結果を物質合成につなぐ仕組みがある。

 マッカイ結晶はまだ計算上の物質だが、合成研究者と連携することで、太陽光を丸ごと電気に変える太陽電池は近い将来に日本で開発されるかもしれない。炭素だけで作れれば、資源が少ないと嘆く日本も困らない。それどころか日本の資源で世界制覇できる製品が誕生することになる。

 (科学技術部記者 黒川卓)[日経産業新聞online2010年2月26日掲載]

  読んでも、中身を理解することはできません。しかし、何となく夢のありそうな話なので取り上げました。
  もし、これが実現されれば何時も言っている日本が世界のエネルギー大国になるという夢も本当になりそうです。
  こういう記事を見ると技術の限界なんて無いのかもしれないと思えるようになってきます。人間が考えることは実現されるというのは本当なのかもしれませんね。
  今の民主党政権を見ていると日本の終わりは近いような気がしますが、案外、日本人はそんな危機も乗り越えて行くのかもしれません。

もっと自信を持ちますか!