極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

沸騰大変動時代(六十八)

2024年06月23日 | 環境工学システム論

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救っ
たと伝えられる招き猫と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え(戦
国時代の軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと
)と兜(かぶと)を合体させて生まれたキラクタ「ひこにゃん」



【最新ペロブスカイト太陽電池製造技術⑥】
❏ 特開2024-058455 電圧整合タンデム太陽電池モジュール 株式会社
 豊田中央研究所
【発明を実施するための形態】

【0069】 標準条件であるAM1.5G光照射、25℃の条件に
て(Reference Air Mass 1.5 Spectra, https://www.nrel.gov/grid/solar-resou-
rce/spectraam1.5.html)、トップセル数とボトムセル数の比nt/nb
について発電に有効なトップセル及びボトムセルの幅wt,wbの最
適値を求めた。これらの値と、2015年につくば市にて、南向き、
傾斜角32°の斜面で実測された日射スペクトルと気温のデータを用
いて(Solar Radiation Database, New Energy and Industrial Technology 
Development Organization (NEDO))、年間平均の変換効率(積算日射量
に対する積算発電量の比)を計算した。ここで、セルの温度(T)は、
気温(Ta)及び日射強度(Pin)との間の経験的な関係式である
数式(11)を用いて求めた(M. Jost, B. Lipovsek, B. Glazar, A. Al-
Ashouri, K. Brecl, G. Matic, A. Magomedov, V. Getautis, M. Topic, and S. 
Albrecht, Adv. Energy Mater. 10, 2000454 (2020))。
【数11】

図15.電圧整合タンデム太陽電池モジュール、二端子モジュール及び
四端子モジュールの変換効率の計算結果を示す図

【0070】図15は、電圧整合タンデム太陽電池モジュールについ
て、1年間平均の変換効率(発電量/日射量)をボトムセル数とトッ
プセル数の比nb/ntの関数として計算した結果を示す。また、図
15では、比較例として二端子モジュール(2T)及び四端子モジュ
ール(4T)に対する結果も併せて示した。図15では、縦軸が変換
効率、横軸がボトムセル数とトップセル数の比nb/ntを示す。ま
た、図15において、第1の実施の形態における電圧整合タンデム太
陽電池モジュール100に対する結果をVM-Iとして示した。配線
の電気抵抗、セルの長手方向の端の影響を無視した計算モデルでは、
第2~第4の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュー
ル102,104,106の変換効率は等しい。そこで、図15にお
いて、電圧整合タンデム太陽電池モジュール102,104,106
に対する結果をVM-IIとして示した。


【0071】トップセル及びボトムセルのバンドギャップEgの組み
合わせについていずれの場合も、ボトムセル数とトップセル数の比
nb/ntが最適値のときに電圧整合タンデム太陽電池モジュールの
変換効率は四端子モジュールにおける変換効率の値にほぼ一致した。
また、ボトムセル数とトップセル数の比nb/ntが最適値からずれ
ると電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は低下するもの
の、ボトムセル数とトップセル数の比nb/ntの広い範囲で四端子
モジュールにおける変換効率に近い値となった。

【0072】一方、トップセルとボトムセルの電流整合条件に最も近
いEg(t)=1.68eV及びEg(b)=1.08eVの組み合
わせの場合、二端子モジュールの変換効率は電圧整合タンデム太陽電
池モジュールの最大値及び四端子モジュールの値よりも高くなった。
しかしながら、それ以外の場合には、電圧整合タンデム太陽電池モジ
ュールの変換効率の最大値及び四端子モジュールの値の方が二端子モ
ジュールの変換効率より高くなった。

図16 四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太陽
電池モジュールの変換効率の比を示す図

【0073】また、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率
が最大となるボトムセル数とトップセル数の比nb/ntのバンドギ
ャップEg(t),Eg(b)に対する依存性を調べた。図16は、
トップセル及びボトムセルのバンドギャップEg(t),Eg(b)
について、四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太
陽電池モジュールの変換効率の比を示す。図16では、縦軸が変換効
率(相対値)、横軸がボトムセル数とトップセル数の比nb/ntを
示す。図16に示されるように、トップセルのバンドギャップEg(
t)が大きく、ボトムセルのバンドギャップEg(b)が小さくなる
につれてボトムセル数とトップセル数の比nb/ntの最適値は大き
くなる傾向を示した。

図17 四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太陽
電池モジュールの変換効率の規格化された比を示す図

【0074】そこで、図17において、ボトムセル数とトップセル数
の比nb/ntをトップセルのバンドギャップEg(t)とボトムセ
ルのバンドギャップEg(b)を含む関数値0.88×(Eg(t)
-0.68eV)/(Eg(b)-0.60eV)により規格化した。

これより、何れのバンドギャップEg(t),Eg(b)の場合であ
っても、(nb/nt)/(0.88×(Eg(t)-0.68eV
)/(Eg(b)-0.60eV))がおおよそ1のときに電圧整合
タンデム太陽電池モジュールの変換効率が最大となり四端子モジュー
ルの値にほぼ一致した。また、(nb/nt)/(0.88×(Eg
(t)-0.68eV)/(Eg(b)-0.60eV))が0.6
以上2.0以下の範囲では、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの
変換効率は四端子モジュールの変換効率の80%以上となった。すな
わち、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は、四端子モ
ジュールの変換効率に近い値を示した。さらに、(nb/nt)/
(0.88×(Eg(t)-0.68eV)/(Eg(b)-0.6
0eV))が0.8以上1.4以下の範囲では、電圧整合タンデム太
陽電池モジュールの変換効率は四端子モジュールの変換効率の90%
以上となった。すなわち、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変
換効率は、四端子モジュールの変換効率にさらに近い値を示した。

図18 第1の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジ
ュールと第2~第4の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池
モジュールの変換効率を比較した図

【0075】図18は、第1の実施の形態における電圧整合タンデム
太陽電池モジュール(VM-I)と第2~第4の実施の形態における
電圧整合タンデム太陽電池モジュール(VM-II)の変換効率を比
較した結果を示す。図18では、各バンドギャップEgについてボト
ムセル数とトップセル数の比nb/ntを最適化したときの変換効率
を比較した。図18では、縦軸が変換効率、横軸がバンドギャップ
Egを示す。何れの場合においても、第2~第4の実施の形態におけ
る電圧整合タンデム太陽電池モジュール(VM-II)の変換効率は
第1の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール(V
M-I)の変換効率より高い値となった。

【0076】[本発明の構成][構成1]
複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセ
ルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュー
ルと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、
前記トップモジュールに用いられる光電変換換層のバンドギャップEg
(t)は1.5eV以上1.8eV以下であり、前記ボトムモジュー
ルに用いられる光電変換層のバンドギャップEg(b)は1.0eV以
上1.2eV以下であり、前記トップモジュールを構成する前記トッ
プセルの直列接続数ntと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボ
トムセルの直列接続数nbが、(nb/nt)/(0.88×(Eg
(t)-0.68eV)/(Eg(b)-0.60eV))が0.6
以上2.0以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデ
ム太陽電池モジュール。

[構成2]構成1に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールで
あって、(nb/nt)/(0.88×(Eg(t)-0.68eV
)/(Eg(b)-0.60eV))が0.8以上1.4以下であ
ることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュ
ール。
[構成3]構成1又は2に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュー
ルであって、光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモ
ジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太
陽電池モジュール。
[構成4]構成1~3のいずれか1項に記載の電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、前記トップモジュールは、2枚の基板の各
々に形成された直列接続数ntの前記トップセルを有するトップサブ
モジュールを2個並列に接続した構成であり、前記ボトムモジュール
は、2枚の基板の各々に形成された直列接続数nb/2の前記ボトム
セルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、こ
とを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。

[構成5]構成1~3のいずれか1項に記載の電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、前記トップモジュールは、直列接続数nt
の前記トップセルを有するトップサブモジュールを1枚の基板に2
個形成し、2個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成で
あり、前記ボトムモジュールは、直列接続数nbの前記ボトムセルを
1枚の基板に形成した構成である、ことを特徴とする電圧整合タン
デム太陽電池モジュール。

[構成6]構成1~3のいずれか1項に記載の電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、前記トップモジュールは、直列接続数nt
の前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構
成であり、前記ボトムモジュールは、直列接続数nb/2の前記ボト
ムセルを有するボトムサブモジュールを基板に2個形成し、2個の前
記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、ことを特徴と
する電圧整合タンデム太陽電池モジュール。

[構成7]構成1~6のいずれか1項に記載の電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、前記トップセルは、有機無機ハイブリッド
ペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太
陽電池モジュールである。

[構成8]構成1~7のいずれか1項に記載の電圧整合タンデム太陽
電池モジュールであって、前記ボトムセルは、Cu(In,Ga)Se
2太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池である
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。

【符号の説明】【0077】
10 基板、12、第1導電層、14 光電変換層、16 第2導電層、
18(18a,18b,18c) 間隙、20 基板、22、第3導電
層、24 光電変換層、26 第4導電層、28(28a,28b,
28c) 間隙、30 導電層、200 トップモジュール、200a,
200b トップサブモジュール、202 ボトムモジュール、202
a,202b ボトムサブモジュール。
                          この項了
尚、特許請求範囲は割愛


⏳ 
❏ 特開2024-75820 海水電解用又は電気防食用電極及び触媒、並び
に電極の製造方法 国立大学法人山口大学・株式会社ナカボーテック

【概要】導電性基材の表面にマンガンの塩の熱分解生成物であるγ型二
酸化マンガンが担持された海水電解用又は電気防食用電極。導電性基
材の表面においてマンガンの塩を200~350℃で熱分解することに
より、γ型二酸化マンガンを前記導電性基材の表面に付着させる海水
電解用又は電気防食用電極の製造方法。



図1 実施例1~3及び比較例1で得られた触媒被覆チタン電極のL
SVの結果を示す図

【特許請求の範囲】
【請求項1】導電性基材の表面にマンガンの塩の熱分解生成物であるγ

型二酸化マンガンが担持された海水電解用又は電気防食用電極。
【請求項2】γ型二酸化マンガンの担持量が15~200mg/cm2

であることを特徴とする請求項1記載の海水電解用又は電気防食用電極。
【請求項3】マンガンの塩の熱分解生成物である海水電解用又は電気

防食用γ型二酸化マンガン触媒。
【請求項4】導電性基材の表面においてマンガンの塩を200~350

℃で熱分解することにより、γ型二酸化マンガンを前記導電性基材の
表面に付着させる海水電解用又は電気防食用電極の製造方法。

論文情報
論文題目:Selective Catalyst for Oxygen Evolution in Neutral Brine Electrolysis: 
Oxygen-Deficient ManganeseOxide Film
著  者:Hikaru Abe, Ai Murakami, Shun Tsunekawa, Takuya Okada, Toru 

Wakabayashi, Masaaki Yoshida, Masaharu Nakayama*  掲 載 誌:ACS Catalysis
 D O I:10.1021/acscatal.0c05496

⌛ 
❏ ナトリウムの可視化で明らかになった多様な耐塩性
Diversity of Na+ allocation in salt-tolerant species of the genus Vigna. Noda Y, Sugita R, Hirose A, Kawachi N, Tanoi K, Furukawa J and Naito K. Breeding Science 72 (4) pp326-331
https://doi.org/10.1270/jsbbs.22012

❏ 海水から淡水をつくる高性能な膜
論文情報
タイトル
“Nanochannel-confined charge repulsion of ions in a reduced graphene oxide membrane”
DOI
10.1039/D0TA08881A
著者
Kecheng Guan, Shengyao Wang, Yufan Ji, Yuandong Jia, Lei Zhang, Kai Ushio, Yuqing Lin,Wanqin Jin, Hideto Matsuyama

コメント
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