今夜も技術がてんこ盛り

 

 

  　　本当に偉い人は、千年、百年単位の人ではなく、もっと向こう側に
　　　　　　　無名の領域があって、そこへ行けた人が本当に偉いのだ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　吉本　隆明

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Takaaki Yoshimoto 25 Nov, 1924-16 Mar, 2012　

 

【再エネ百パーセント時代：シリコン複合セルで２９.８％を実現】

●　太陽光発電３０％超時代にはずみ

過日１月５日、米NRELとスイスCSEMがシリコン技術をベースに化合物半導体を組み合わせた。タンデム層を上下に並
べたセルで２９.８％という高い変換効率――単結晶シリコン（Si）太陽電池の上に、III-V族化合物半導体であるガ
リウムインジウムリン（GaInP）太陽電池を重ねた二接合構造シリコン複合系太陽電池で初めての記録――を達成。
単結晶シリコン系の理論限界２９.４％をバンドギャップの大きな半導体を上層（トップ層）に、小さな半導体を下層
（ボトム層）に配置し、トップ層で吸収できなかった光が透過するように工夫すればよい（タンデム構造）。層の数
が2つの場合、変換効率の理論上限は４２％まで高まる。ただし、非シリコン系。

 

 

●　いかにして変換効率を高めるか？

まず、接合構造を採るとそれぞれの層がそれぞれのバンドギャップに近い光を吸収でき、変換効率が高くなる。言い
換えれば熱として失われるエネルギーが減る。接合構造を使い加えて、「４端子構造」を採用――４端子構造では２
端子構造と異なり、２つの層が生み出す電流をそろえる必要がなく、それぞれの層の出力電力を最大にでき、装置全
体の効率は、それぞれの層の効率で決まる。トップ層の電流密度と電圧の組み合わせ（JV）は、太陽光の一般的な条
件のままで、当然ボトム層に到達する光は少なくなり、JVは一般的な条件からずれるが、変換効率にして８～１２％
の効率ポイントで動作する。「定圧－調流回路」（マイクロインバータ、否、時代はナノインバータ時代を迎えてい
るのかも？！　と呼ぶもので、電流を調整することで電圧を一定にする電気回路と個人的に呼称している）が必要に
なるが原理的に問題ない。さらに、単結晶シリコンは散乱光の利用が難しいが化合物半導体やペブスカイト・有機半
導体系のセルは散乱光を取り込め、曇天や朝方・夕暮れの太陽光を利用でき、変換効率だけでなく、発電電力量を増
やすことができ、壁掛け型のパネルとして使用できるので、ルーフトップだけでなく、建造物と一体化できる利点が
ある。

 

 

●　進化する形態・ウエアラブル端末用デジタル気圧センサ

 

スマートフォンやタブレット、ウエアラブル機器は、多機能・高機能化が進み、ドローンなどの飛行高さ制御、インドア
ナビゲーションや健康管理、各種スポーツデータの記録など、さまざまなソフトウエアやアプリケーションの普及に合
わせ拡大中。今月２４日、アルプス電気は、低消費電流かつ高精度な気圧センサ「HSPPAD042A」――業界最高レベ
ルの低消費電流(1.8μA:Low Power Mode 時)と、高い検知精度(絶対圧力精度 ±0.7hPa、相対圧力精度 ±0.05hPa)を達
成――を開発販売すると発表。

 
●　２０年のパワー半導体市場予測

富士経済が、今月２３日、シリコンカーバイド（炭化ケイ素）やガリウムナイトライド（窒化ガリウム）といった次
世代パワー半導体の２０年の世界市場を、８５０億、５３０億、計１３８０億円、比率で、４.８倍、５３倍、計７.
３倍――１６年は６インチ基板の採用が活発化、量産が本格化するのは１７年以降にずれ込み、大口径化と電力損失
が低減できるトレンチタイプや低価格化、高効率化が進む――と発表。また、業界別には、SiCパワー半導体市では
サーバや無停電電源装置、ストレージなどの情報通信機器向け需要が大きい。新エネルギー向けには、太陽光発電用
パワーコンディショナ向けの需要が高く、新興国では風力発電システムでの採用も期待される。

自動車／車載電装分野向けには、EV（電気自動車）／PHV（プラグインハイブリッド車）用急速充電スタンドや車載
充電器などの需要が大きいとする。今後は、HV（ハイブリッド車）やEVの駆動用インバーターでの採用が増え、低価
格化が進めば、２０年には電動自動車全体の5％に搭載されると予想。さらに、GaNパワー半導体は、課題の電気特性
やノイズ対策、低コスト化への取り組みが進み、量産化のハードルが低くなっている。600Vから1200Vクラスの耐圧
領域で需要が増加、低価格化が実現すれば、市場が大きく拡大する予測する。

GaNパワー半導体向けは、情報通信機器向けではサーバのDC-DCコンバーターなどでの採用が多いという。新エネルギ
ー向けには、太陽光発電用パワーコンディショナ向けの需要が今後期待される。自動車／車載電装分野では、600Vク
ラスの中耐圧領域でAC-DC変換回路、車載充電器での搭載向け開発が進み２０年以降はSiCパワー半導体と競合すると
予想する。

 

● 　世界最高レベルのＱ値　光ナノ共振器の大量作製に成功　

今月１６日、大阪府立大学と産業技術総合研究所（産総研）の研究グループは、共振器が光を閉じ込める強さを表す値（Ｑ）
が最高２００万以上を持つ光ナノ共振器をフォトリソグラフィー法で作製することに成功たと発表。光ナノ共振器は、
シリコンフォトニック結晶を用いて数百ナノメートル程度の小さな領域に光を閉じ込める共振器だ。百0万を超える極
めて高いＱ値により、微小領域に光を強く閉じ込めることができるが、1μW程度のしきい値でレーザー発振する超低
消費電力のシリコンラマンレーザーや、光メモリ、医療向けなどの新規センサーを実現できる。従来、百万以上のＱ
値を持つ光ナノ共振器は、電子線リソグラフィー法を用いた作製しかできず、産業界で実用化するには、大量生産に
向く作製法が求められていた。

一般的に、光ナノ共振器は、直径２百ナノメートル程度の非常に小さな空気孔を周期的な配列構造であり、高い精度
のリソグラフィー技術が要求され、リソグラフィー法の中でも高い精度を誇る電子線リソグラフィーを用いた場合で
も作製が難しいが、今回、シリコンデバイス一貫試作ラインを利用し、サンプル作製を実施。波長１９３ナノメート
ルのフッ素アルゴンエキシマレーザー光源を使った液浸フォトリソグラフィー法で３百ミリシリコンウエハー全面に
光ナノ共振器を作製する。

フォトリソグラフィーで作製したフォトニック結晶の電子顕微鏡写真 出典：産業技術総合研究所

●　ここまできたフォトニク結晶技術

尚、シリコンフォトニック結晶は、高Q値光ナノ共振器だけでなく、光を自在に制御できることで、太陽電池、熱輻射
光源、熱電発電などの研究開発されており、研究成果を発展させフォトリソグラフィー法を用いた大量生産が加速する
と期待される。

【田んぼで魚介類の養殖　世界初?!ニゴロブナ養殖に成功】

滋賀県を代表する発酵食品「ふなずし」。その最高級の素材とされるのがニゴロブナは３～４月には脂がのり、身も
卵もうまみたっぷり。地元では刺身や煮付やシソを巻いて天麩羅やジャラートとして食べられている。そのニゴロブ
ナを、塩と米で長い時間をかけて乳酸発酵させた保存食がふなずし。その歴史は古く、奈良時代以前から食べられて
きた。琵琶湖固有種「ニゴロブナ」が、水の汚染や外来魚に追われ、漁獲量は激減。価格は高騰。子どものころ食べ
たあの昔ながらの鮒寿司が食べたいと、そんな思いでニゴロブナの養殖に取り組む（株）飯魚（いお）社長の大島正
子さんの養殖池が、安土町大中の４１年前に干拓し百ヘクタールの干拓地の一角にある。

  

当初、国家事業として干拓した田んぼを養殖池にすることに、周囲の理解はなかなか得られなかったが、コンクリー
トで固めるわけではない。田んぼを少し深く掘って水を張るだけ。琵琶湖の水を引き込み、薬も一切使わず、できる
だけ自然の生態系を生かして育てきたが、流通している食餌から、ニゴロブナも自然に育つのではないかと考え池の
底に鶏糞をまき、昔の琵琶湖のように、魚のエサとなる微生物が育ちやすい土づくりをし、外来魚とその卵が入り込
まないように取水口も工夫し、「ミニ琵琶湖」の養殖地をつくり、養殖池だけで産卵を繰り返すと、ニゴロブナはど
んどん小さくなり、顔つきまで違っくる。そこで毎年、漁師に頼んで琵琶湖から獲ってきてもらったニゴロブナを養
殖池に天然のニゴロブナだけ選び放流する。




勿論、これは完全養殖でない――孵化は外部で天然物を選別し養殖する。しかし、食餌は天然だから食餌経費は経営
次第で近似ゼロ（ZCoF）も不可能でない。そこで、ナマズの養殖の話だが、田んぼでナマズを養殖すればいいんじゃ
ない。それも食餌が豊富であれば共食いもないはずだと。卵巣もカラスミなどとして頂けるし、アメリカンフィッシ
ュの場合、外部環境への流出するリスクさえクリアされればそれも可能で、日本ナマズと調理比べ・味比べできて面
白い。「河豚よりやすくてうまい滋賀の川河豚」のキャッチコピーが数年後に定着していると思うのだが、どうだろう。

　　●　彦根城入山が８０万人超え