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

エネルギーと環境 103

2025年01月11日 | ネオコンバ-テック

彦根市ひこにゃんイラスト に対する画像結果
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
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え(戦国時代の井伊
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ャラクタ。

【季語と短歌:1月11日】

          雪かきや幾齢までか厳しかね 

                 高山 宇 (赤鬼) 

🪄
マキタ電動コードレス除雪機もあるが、除雪搬出も考えに入れないと使
い物にならない(要検討)




✳️ ノルウェーの2024年新車販売台数の89%がEV
日本より寒いノルウェーでEVが急速に普及している。ノルウェーの2024年
新車販売台数のうち、89%がEVとなり、前年の82%から比率を伸ばした。
ガソリン車やディーゼル車に対する高い税金や、EV用の急速充電器など、
長年にわたるEV普及施策が奏功した。(オルタナ 2025.1.2)

ノルウェーは国内で自動車を生産せず、すべて海外から輸入する。そのた
め、国内に自動車業界団体によるロビー活動がないことも、同国がEV推進
政策を実行しやすい要因だとの見方もある。
EVは一般的に寒冷地で避けら
れる傾向にある。過度な寒さがバッテリーに負荷をかけ、航続距離に影響
を与えるからだ。ノルウェー自動車連盟(NAF)によると、航続距離への
影響は車種や搭載機能によって異なるという。
NAFは2022年、EVの31モデ
ルで寒冷環境下の性能をテストした。その結果、最も航続距離を維持した
のは中国「BYD Tang」で、11%の低下だった。31モデルの平均としては、
20%近く低下した。今回のテストでは使用されなかったが、ノルウェーで
販売されるEVの一部は、ヒートポンプやバッテリー絶縁、予熱機能といっ
た冬季向けの装備を備えているという。

ノルウェーがEV普及を進める背景には、「低炭素社会(ロー・エミッショ
ン・ソサイエティ)」への移行がある。同国は、2030年までに温室効果ガ
ス(GHG)排出量55%以上減(90年比)、2050年までにGHG排出量90~
95%削減(90年比)を目指す。ノルウェーは石油やガスの輸出大国だが、
自国の電力はほぼ再生可能エネルギーでまかなっている。
国際エネルギー
機関(IEA)のレポート(2020年)によると、発電量の98%を再生可能エ
ネルギーが占め、そのうち水力発電が92%だ。建設部門と産業のほぼ半分
がすでに電化しているという。


 ✅ 英国で「風力」が電源構成のシェアトップ
英ナショナル・エネルギー・システム・オペレーター(NESO)は、英国の
2024年の電源構成で、風力発電が占める割合が30%に達したと公表した。
ガスの26.3%や原子力の14%を上回り、風力が初めて同国最大の発電方式
となった。その他、輸入が14.1%、バイオマスは6.8%、太陽光は5%、水
力は2%と続いた。
英国は24年9月に最後の石炭火力発電所を閉鎖してお
り、石炭による発電は0.6%にとどまった。
島国・英国は洋上風力発電に力
を入れており、約15ギガワットの設備を有する。脱炭素政策をさらに推進
するため、30年までに風力の発電容量を4倍の60ギガワットにすることを
目指す。
同じく島国の日本では、風力発電が電源構成に占める割合は約1%
にとどまる。一方で、伸びしろを評価する声も多く、今後の導入加速が期
待されている。




✅ ペロブスカイト太陽電池の大面積及び耐久性強化⓷
・特開2024-164966 太陽電池及びそれに用いる光学素子を備えるバリア
構造体 マクセル株式会社

-太陽電池及びそれに用いる光学素子を備えるバリア構造体 図1
図1.有機無機ペロブスカイト化合物の結晶構造の一例を示す模式図
【詳細説明】
【0089】
図4に示した太陽電池素子200のバリア層110及び図5、6に示した
太陽電池セル20の最外周部に設けた第二バリア層10の太陽光入射側面
に、図10および図11(バリア層の断面模式図)に示すモスアイ形状の
超微細光学素子110Aを設ける。なお、便宜上、図11に示す超微細光
学素子110A部分のモスアイ形状は省略している。この断面形
状は図10に示したように、基材の屈折率nと空気の屈折率(1.0)の平
均値がモスアイ構造の高さhに対して直線(一次関数)的に変化すること
で反射損失を極限まで抑えることができる。本発明のモスアイ構造では
10
に示したように突起部の先端部分Tの形状を楕円形状とする。この
形状としては突起部のピッチPの1/5から1/10の幅を短軸長とし
た楕円形状とすると良い。以上述べたように突起部の先端形状を楕円形状
とすることで金型からの離型性が確保できる。また突起部と突起部の繋ぎ
部分も平坦とする外に太陽光入射側に凹面を成す形状とすることで、金型
の加工精度と成形品の金型からの離型性の両面を同時に向上することがで
きる。この結果、バリア層110や第二バリア層10の表面に設けた超微
細光学素子110Aは良好な形状精度を得ることができる。

図.10 実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けたナノ光学素
子の形状と素子の高さ方向の屈折率分布を模式的に示した断面図と特性図

【0090】非特許文献1で公開された「印刷で作成できるガラス並みのウル
トラ・ハイバリア」に公開された手法によって基材にプレカーサーである
PHPSを塗布して窒素等の不活性ガス雰囲気中において、照射強度20
(mW/cm)で波長172(nm)のVUV光を照射した。図12は、
この時照射時間をパラメータとした場合に成膜されたバリア膜の屈折率分
布を厚さ方向で計測した結果を示した特性図である。最も左に示した棒グ
ラフはバリア層のプレカーサーであるPHPSの850(nm)の光に対
する屈折率を測定した結果(n=1.54)と、塗布厚さ357(nm)で
照射時間0(分)の状態を表している。他方右端はVUV光の照射時間60
(分)で形成されたバリア膜の膜厚さが281(nm)屈折率は1.76
の部分が68(nm)、屈折率が1.65の部分が92(nm)、屈折率が
1.56の部分が117(nm)と照射光源に近い部分の屈折率が高く、
遠い部分はプレカーサーの屈折率に近づくことが分かる。更に最表面層に
は膜厚3~4(nm)のSiOの膜が形成されておりこの膜厚はVUV
の照射時間により変化しない。


図12. 本発明のバリア層を形成するために照射するVUV光の照射エネ
ルギー量とバリア層屈折率の厚さ方向の分布を示す特性図

【0091】図12は、上述したようにVUV光の照射強度を20(mW/c
)一定として照射時間を5(分)、10(分)、20(分)、60(
分)と変化させた場合の成膜されたバリア膜の屈折率分布を、厚さ方向で
計測した結果を示した特性図である。照射時間に無関係に表面層にSiO
の薄膜が形成されることから雰囲気中の残存成分が表面層に形成された可
能性があるがこの結果、可視光領域から近赤外光領域まで高い透過率が実
現できた。
【0092】上述した手法で形成したバリア層(膜)の表面に、超微細光学形
状であるモスアイ形状の突起形状の最適化では、上述した屈折率変化を考
慮して最適設計する必要がある。モスアイ形状には図11に示すように表
面の撥水性を高める効果が生じ水の接触角が20度を超えるバリア層が実
現できるため汚れ防止の効果もある。またTiOをバリア層に含有させ
ることで光触媒効果により防染効果を得ても良い。

図13.バリア層を形成するために照射するVUV光の照射時間とバリア層
の平均屈折率と厚さの変化を示す特性図

【0093】図13は、上述したVUV光の照射時間をパラメータとして成膜
したバリア膜(層)の、平均屈折率とバリア膜(層)の厚さの関係を纏め
た特性図である。VUV光の照射時間に反比例して厚さが減少し、屈折率
は反して増加する。この傾向は1分以内と1~5分、5~10分、10分
以上で傾きが異なり最初の1分間の変化が大きい。この結果から大きな密
度変化が最初の1分間で発生していると推定した。

【0094】発電のためのエネルギー源である太陽光の分光エネルギー分布を
図14に示す。地球の大気圏に含まれる成分の吸収により特定波長に吸収
特性があるがエネルギーのピークは、450(nm)から700(nm)
の可視光領域であり、紫外線領域を含む可視光領域(A)の他に近赤外領
域(B)、遠赤外領域(C)にも強いエネルギーが存在することが分かっ
ている。そこで本発明の太陽電池素子、太陽電池セルでは、太陽光の分光
エネルギー分布を考慮して、例えば図4および図16に示したように、
数層の光吸収層(図4では第一の光吸収層102A、第二の光吸収層10
2Bおよび第三の光吸収層102C、図16では第一の光吸収層202、
第二の光吸収層203および第三の光吸収層204)を設け、図15に示
した太陽光の分光エネルギー特性に対する光吸収層の感度特性を模式的に
表した特性図に示したそれぞれの波長に対して、光電変換効率が最も高い
光吸収部材をそれぞれの層(最上位層、中間層および最下層)に含有させ
る。この結果、複数層に分割して備えた光吸収層(光変換層)により高効
率で光電変換を行うことができる。

図16.本発明の一実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第
一の実施例である微細光学素子の形状と作用を示す模式図である。

【0095】〈バリア層に設けた微細光学素子の第一および第二の実施例〉
第一の実施形態である図16は本発明のバリア層の表面に設けた集光作用
を持つ微細光学素子200(図16中では太陽光入射方向に凸面(正の屈
折力))とその作用を説明するための模式図である。この凸面のピッチは
10~300(μm)程度とすると良いが、この後詳細に説明するレンズ
作用により得られる焦点位置と光変換層(光吸収層)の位置関係を最適設
計する必要があるため、最大では1500(μm)程度になる場合もある。
この微細光学素子200の表面にピッチが100~200(nm)の超微
細光学素子であるモスアイ形状を設け、この効果で入射面での太陽光の反
射を低減すれば更に良い。
【0096】集光作用を持つ微細光学素子の作用で入射した太陽光は平行光束
から光の波長に応じて異なる焦点に集光する。一般的な正の屈折力を持つ
光学素子は光線の波長が短いほど焦点距離が短く例えば図14の(A)領
域に示された可視光領域の光束の焦点は最も短く図16中の第一の光吸収
層202内の焦点P1に集光する。同様に図14の(B)領域に示す近赤
外線領域の光束の焦点は次いで短く図16中の第二の光吸収層203内の
焦点P2に集光する。更に図14の(C)領域に示す遠赤外線領域の光線
の焦点は図16中の最も遠方の第三の光吸収層204内の焦点P3となり
平行光で入射した光束が、(1)波長に応じで入射面からの距離が異なる
複数の焦点に向け集光する、(2)太陽光束を光学素子の作用により斜め
光束に変換する。

図16.実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第一の実施例
である微細光学素子の形状と作用を示す模式図。

【0097】このためそれぞれの焦点位置に波長に応じで光電変換効率が最も
優れた成分を含む光電変換層(光吸収層)202、203、204を配置
し、システム全体として最も高い光電変換効率を実現する。更にそれぞれ
の光電変換層(光吸収層)を太陽光が斜めに横切るため、実効的な光路長
が延び光電変換量が増加する。他方同じ光電変換量とするためには層厚を
薄くできるため電気抵抗が小さくなり、太陽電池から取り出せる電力が大
きくなる。更に太陽光線が集光することで大きな光エネルギーが絞られた
状態で光電変換層(光吸収層)に入射するため、通常の太陽光束(平行光
束)が入射する場合の数倍から数十倍の光電変換効率が実現できることが
判明した。
【0098】更に光電変換層(吸収層)の同一平面内で光密度が「密な部分」
と「疎な部分」とが発生するため、変換効率と温度の勾配が同一平面上で
生じる。このため、熱伝導にも時間的なずれが生じ光の伝搬との差が部分
的に発生するため、光電変換効率そのものが大幅に向上することが判明し
た。
【0099】第二の実施形態である図17に示すように、上述した微細形状の
光学素子200から入射し光吸収層(光電変換層)202、203、20
4や電子輸送層105(図示せず)、正孔輸送層106(図示せず)及び
2つの電極103、104(図示せず)を透過して基板101の表面に備
えた反射面205(図4では反射面205は図示せず)で反射した太陽光
(破線で図示)は、微細形状の光学素子の入射面内部で全反射を繰り返し
再び光電変換層(光吸収層)に向かい太陽電池素子から飛び出せない構造
とすることができ、光電変換効率を更に高めることができる。微細光学素
子の形状は、日中における太陽の移動により太陽電池に入射する光線(光
束)が微斜め方向から入射しても収差の影響がなく焦点に集光するために、
入射面形状を楕円形状とし、加えて光軸から離れた部分の曲率
半径を相対的に大きくすることで非点収差を低減するとさらによい。


図20.本発明の一実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第
三の実施例である微細光学素子の外観形状を示す模式図

【0100】バリア層に設けた微細光学素子の第三の実施例
図20は本発明のバリア層の表面に微細な集光作用を持つ微細光学素子2
10(図16同様に太陽光入射方向に凸面(正の屈折力))を有するレン
チキュラーレンズ形状である。図21はその作用を説明するための模式図
である。この凸面のピッチは図16に示した第一の実施例と同様に10~
300(μm)程度とすると良い。しかしながら第一の実施例との違いは
、XY平面においてはレンズ作用を持たないレンチキュラーレンズ形状を
成している。このため図21に示すようにXZ平面のレンズ作用により集
光が行われXY平面内においては集光作用を持たない。この後、詳細に説
明するこのXZ平面のレンズ作用により得られる焦点と光電変換層(光吸
収層)の配置は最適化する必要があるが、この微細光学素子を最外縁部に
設けたバリアシート表面に設ける太陽電池においては、この焦点位置が最
大では3000(μm)程度になる場合もある。この微細光学素子の第二
の実施例においても第一の実施例と同様に、表面にさらにピッチ100~
200(nm)の超微細光学素子であるモスアイ形状を設け、この効果で
入射面での太陽光の反射を低減すれば更に良い。


図21.実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第三の実施
例である微細光学素子の形状と作用を説明する模式図

【0101】図21に示すようにXZ平面の微細な光学素子の作用で入射した
太陽光は平行光束から光の波長に応じて異なる焦点に集光する。一般的な
正屈折率を持つ光学素子は光線の波長が短いほど焦点距離が短く、例えば
図14の(A)領域に示された可視光領域の光束の焦点は最も短く図21
中の第一の光吸収層102A内の焦点P1(焦点距離l1)に集光する。
同様に図14の(C)領域に示す遠赤外線領域の光線の焦点は最も遠方の
第三の光吸収層102C内の焦点P3(焦点距離l3)に焦点を結ぶ。こ
のため、平行光で入射した光束が、(1)波長に応じで入射面からの距離
が異なる複数の焦点に向け集光する。(2)太陽光束を光学素子の作用に
より斜め光束に変換する。この微細光学素子の光軸近傍を透過して屈折す
る光束φ1は収差が発生しないが周辺部分を通過する光束φ3は収差が発生
するため、微細光学素子は光軸近傍に対して周辺部分においてはレンズ作
用が弱くなるような非球面形状とすると良い。


図21 本発明の一実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第
三の実施例である微細光学素子の形状と作用を説明する模式図

【0102】一方、XY平面ではレンズ作用(集光作用)を持たないため、
14
の(A)、(B)および(C)の波長領域の光に対しては図22に示
すように、それぞれのレンチキュラーレンズに対応した焦点が線状に発生
し波長領域ごとに複数の焦点(線)L102A、L102B、L102C
がそれぞれの光電変換層(光吸収層)102A、102B、102C上に
形成される。このためそれぞれの光電変換層(光吸収層)の面内において
受光する光強度に疎密な分布が生じる。この結果、光電変換により発生す
る電流も面内で不均一となる。
【0103】このほか光電変換層(光吸収層)で集光した太陽光により発生す
る熱も電流と同様に面内で不均一になる。このため電流の疎密と温度の疎
密が光電変換層の面内において発生しかつ、図21に示したように複数の
光電変換層(光吸収層)102A、102Bおよび102Cにおいても同
様の疎密が発生するため、より高い光電変換効率を得ることができること
が判った。
【0104】この第三の実施例においては、第一の実施例と同様に図21に示
すように、それぞれの焦点位置に波長に応じで光電変換効率が最も優れた
成分を含む光電変換層(光吸収層)102A(第一の光吸収層)、102
B(第二の光吸収層)および102C(第三の光吸収層)を配置しシステ
ム全体として最も高い光電変換効率を実現する。更にそれぞれの光電変換
層(光吸収層)を太陽光が斜めに横切るため実効的な光路長が延び光電変
換量が増加する。他方同じ光電変換量とするためには層厚を薄くできるた
め、電気抵抗が小さくなり太陽電池から取り出せる電力が大きくなる。


図23 実施例に係るバリアシート又はバリア層表面に設けた第三の実施
例である微細光学素子の集光作用を示す模式


図11. 実施例に係るバリア層表面に設けたナノ光学素子の撥水性を示す
断面図

【0105】更に太陽光線が集光することで、大きな光エネルギーが絞られた
状態で光電変換層(光吸収層)に入射するため、通常の太陽光束(平行)
が入射する場合の数倍から数十倍の光電変換効率が実現できる。この効果
図23に模式的に示す。図23は縦軸が相対エネルギー強度を、横軸焦
点での光束(スポット)幅を微細光学素子のピッチに対する相対値で示す
。集光力が強い微細光学素子によるスポット径は小さくなるため単位面積
当たりの絶対エネルギーは非常に大きくなる。この結果、上述したように
それぞれの光電変換層(光吸収層)において発生する電流と温度の疎密が
大きなる。
【0106】以上述べた本発明の太陽電池素子及び太陽電子セルに主眼を置い
て説明したが、太陽電池セルを複数並列に配置して全体をフレキシブルな
シートに貼合して太陽電池ユニットとすることは言うまでもない。この表
面に上述したバリア性をもつバリア層を設けることで、ガラス並みの表面
硬度を得ることができるため設置に際して特別な配慮が不要で、バリア層
の厚さが薄いため曲面や折り曲げた状態でも設置可能で、従来のガラス基
板上に配置したシリコン型太陽電池に比べ取り付けの自由度が大幅に向上
する。
【0107】本発明の太陽電池は成膜(層)工程を印刷工程(Roll to
Roll)で製造する方法は採用可能である。またその構成と製造工程は、
特に限定されず、例えば、基材上に電子輸送層を配置する工程と、電子輸
送層上に光電変換層(光吸収層)を配置する工程と、光電変換層(光吸収
層)上にホール輸送層を配置する工程と、ホール輸送層上に透明電極を配
置する工程と、上記透明電極上に引出し配線を設ける工程と、この引出し
配線の全体を覆って封止するバリア層を設ける工程と、透明電極上の上記
バリア層の外側に上記取出し電極を設ける工程とを有する製造方法からな
る。
【産業上の利用可能性】
【0108】本発明によれば、透明電極上に引出し配線を有しつつ、その外延
部をガラス同等の透過率と硬度を有するバリア層を設ける。さらにこの引
出し配線からの大気中の水分の浸入を抑制すること信頼性が高くこのバリ
ア層の表面に超微細光学素子及び微細光学素子を設けることで高い光電変
換効率を有する太陽電池を提供することができる。
🎈マクセル株式会社(Wikipedia)
                            この項了

🪄タフで強力でコンパクトな太陽電池の調査は継続研究するが、次回は、
APB(オール樹脂電池)の現状を考察する。1998年で『物理最前線 
ゆらき』を手にしてから、「マイクロ➡ナノ」の科学の世界に移り、以降
『デジタル革命渦論』『ナノコンバーテック創業論』の事業戦略概論を着
し現在に至る。具体的には「OLEDディスプレイ」、「色素増感太陽電
池」(現在のペロブスカイトなどの「薄膜太陽電池」)、「オール再生可
能エネルギー」、「海水電解水素製造・希少物質及び二酸化炭素回収」で

あり、頻近な情報では、「電子部品」・「太陽電池・燃料電池・オール樹
脂電池」或は「新規触媒・材料・農産物・遺伝変換細胞医療品」など広範
にまたがるが、例えば、製版・インクジェットなどの液滴塗江に特化する
ことも念頭あるように様々だが、前途洋々であるり面白い事業が約束され
ているはず。そして最新分野は「スピントロニックス (Wikipedia
」な
どがある。そして、2025
年その成果をひとつづつそれを実現させて
きましょう。

基本法則から読み解く物理学最前線<br> 非平衡統計力学―ゆらぎの熱力学から情報熱力学まで   

  年頭クラシック バッハ:カンタータ 第190番
           Singet dem Herrn ein neues Lied BWV 190
                 神なしたもう御業こそ、いと善けれ


 今日の言葉: 

                  春が来ても、鳥たちは姿を消し、鳴き声も聞こえない。
                           春だというのに自然は沈黙している。

                            レイチェル・カーソン 『沈黙の春』   
                            (因果報応の季節風)より

                      

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