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

エネルギーフリー世界を語ろう。

2017年04月12日 | 環境工学システム論

 

 

            道はいまだ始めより封(ほう)あらず、言はいまだ始めより営あらず    

                言葉は絶対でない /「斉物論」(さいぶつろん)     

                                                

     ※ 「道」は、本来、無限定なものである。したがって、ことば(概念)による区分も、
     一時的な区分にすぎない。にもかかわらず、ことば(概念)を絶対視するからこそ、
          事物を差別視する観念が生ずるのである。以下、その差別観念について検討を加え
          よう。まず事物は、比較対訳されることによって左と右といった相対的な存在形式
          に「分類」される。この分類に基づいて「秩序」が立てられ、この秩序は必然的に
          「選択」と「競争」とを人間社会にもたらした。この「分類」と「秩序」と「選択」
          と「競争」こそ、人間が思考を通じて得た収穫なのであった。

         だからこそ聖人は、いっさいの現象をあるがままにまかせて、論じようとしない。
          事物の根元について、論じはするが、概念を用いて追究しようとはしない。また、
          古代の聖王たちの事蹟についても、事実をつまびらかにするだけで、是非を云々し
          ようとはしないのである。つまり、区別を立てないことが、真の区別なのであり、
          価値づけを行なわないことが、真の価値づけだといえる。区別を立てず、価値づけ
          を行なわぬとはどういうことか。いっさいをあるがままに受容する聖人のありかた
          がそれである。これに対して、一般の人々は、ことばを絶対視してたがいに是非を
          争いあう。つまり、ことばを絶対視するのは「道」を理解していない証拠なのであ
          る。

       ※ 「言葉は絶対でない」と言い切り「混沌」を「道」を無限定とし是とする。一切の
     宗門宗派を徹底否定する度量無限大の荘子、面白いではないか。

 

 

 AeroMobil: Flying car

● 自動車と飛行機の融合 今年エアロモビル社より販売開始

今月10日、1960年代から空陸両用車の飛行を待っていたが、今年は実用的な現実となる予定とか。
未来の飛行機の搭乗準備が完了したと公表。実際には数ヶ月で1台購入できる。 同社は来週モナコで
車/飛行機ハイブリッドの最新作を展示し、今年後半からの受注予定。同社によると「AeroMobil」は
完全統合型の航空機の四輪車であり、ハイブリッド推進力を使用。これまでのところ、未来の車にど
の程度の費用なのあ不詳であるが、価格逓減を模索中ではあるが必ず実現させる。また 「AeroMobil」
は、中距離旅行や道路インフラが限定され/あるいはない地域でのドアツードア旅行を大幅に高速化
でき、個人輸送の効率的/環境保全の双方の実現を目指すと関係者は語っている(上下図参照)。


       

【RE100倶楽部:オールソーラー篇】

● 変換効率50%超 新型太陽電池構造

今月7日、神戸大学工学研究科電気電子工学専攻の喜多隆教授と朝日重雄特命助教らの研究グループ
は、これまでにない新しい太陽電池セル構造を提案し、従来はセルを透過して損失となっていた波長
の長い太陽光のスペクトル成分を吸収して変換効率を50%以上にまで引き上げることができる技術
を開発したことを公表。

従来の単接合太陽電池の変換効率の理論限界は30%程度であり、入射する太陽光エネルギーの大半が
太陽電池セルに吸収されずに透過するか、あるいは光子の余剰エネルギーが熱になるなどして利用さ
できない。このような大きな損失を抑制して変換効率限界を引き上げることができる様々な太陽電池
セル構造の提案・実証が世界中で精力的に行われている。現在のワールドレコードは4接合太陽電池
で46%。太陽電池の変換効率が50%を超えると発電コストは大幅に下がり、30年にわが国が目
標とする発電コスト7円/kWhが実現できる。



♘ Nature Communications 8, Article number: 14962 (2017) doi:10.1038/ncomms14962, Published online:06
  April 2017♞

● 二段フォトンアップコンバージョン太陽電池(TPU-SC)の概念

ここで、TPU-SCの概念を示すヘテロ界面を有する単純な構造を提案する。 ここで、TPUは、バンドギ
ャップ内に1つのIBの代わりにⅢI-V半導体の異なるバンドギャップを含むヘテロ界面で効果的に実
現される。上図1a、bは、 p + -GaAs(001)基板上のn-Al 0.3 Ga 0.7 As / Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs / p-GaAs
ダイオード構造を有するTPU-SCの概略バンド図を示す。 TPU効率を改善するために、Al 0.3 Ga 0.7 As
層の直下に、10nmGaAsでキャップされた単一のInAs QDを挿入した。 詳細なデバイス構造につい
ては、「方法」セクションで説明される。 ここで、太陽光は、n-Al 0.3 Ga 0.7 As側(図1aの左側)に
照射される。 高エネルギー光子はAl 0.3 Ga 0.7 As層に吸収され、励起された電子と正孔はそれぞれ
n-Al 0.3 Ga 0.7 Asp-GaAsに向かって反対方向にドリフトする。 励起された電子は捕獲されることなく
n-Al 0.3 Ga 0.7 As層に到達する。 Al 0.3 Ga 0.7 AsGaAsとの間の約 170meVVB不連続は、ヘテロ界面
で生じるエネルギー損失に対応する。 この損失は、SC構造を最適化するときに注意深く設計する必要
があるす。 Al 0.3 Ga 0.7 Assを通過するギャップ以下の光子は、InAs QDおよびGaAsを励起する。 励
起されたGaAsの電子と正孔は、内部電場の方向が逆転する。 励起された正孔はp-GaAsコンタクト層に
到達することができるが、電子はAl 0.3 Ga 0.7 As / GaAs界面に蓄積される。 また、同様の空間キャリア
分離が、InAs量子ドット内の光励起キャリアに対して生じる。 ヘテロ界面に蓄積された電子は、正孔
から分離され、寿命が長くなることが予想され、場合によっては数ミリ秒のオーダーである場合もあ
る 。 長寿命電子は、GaAsのためのギャップ以下の光子の吸収強度を改善し、Al 0.3 Ga 0.7 As障壁の
中に効率的に上方にポンピングされる。上図2に示すように、 図1bに示すように 、TPU-SCの出力
電力は、Al 0.3 Ga 0.7Asの電子に対する準フェルミ準位のギャップとGaAsのホールの動作状態のギャッ
プに対応する

● 太陽電池の製造

TPU-SCは、基板上に固体ソース分子線エピタキシーを用いてp+-GaAs(001)を作製する。図9に詳細な
構造に示す(下図) 。厚さ150nmpGaAsを(BE2×10 18 cm-3)層を400nmの厚さの上に成長した
p + -GaAs(BE:1×10 19 cm-3)バッファ層基板で、基板温度は550°Cで赤外線高温計でモニタリング。その
後、構造のAl0.3Ga 0.7i層(250 nm)と/ GaAs層の(10 nm)/InAs量子ドット/ GaAs1,140nm)を堆積。
InAsの公称厚さは0.64nm(単層)。QDの典型的な高さと幅は、それぞれ、3~20nmであり、QD密度は
1.0×10 cm-3InAs量子ドットの成膜前の基板温度は550℃で。InAs量子ドットとキャッピング層後続
厚さのGaAs10nmを成長させる。薄いGaAsキャッピング層は、InAs量子ドットの光学的品質維持し、
490℃Al0.3Ga 0.7i層を最適増殖温度より低い490°Cで成長される。最後に、n+ -GaAsシリコン(Si:2.5×1
0 18cm-3
)、n + -Al 0.3Ga 0.7シリコン(Si:2.5×10 cm-3)、及びn + -Al 0.3Ga 0.7シリコン(Si1×1017 cm-3
層は、500℃温度でSC構造上で成長させる。同様のビーム等価圧力フラックスは1.15×10-3 Paとした後
金属Au / Au-GeとAu / Au-Zn系接点はそれぞれ、上面/下面に作製。SCの大きさは4×4mmであっる。本
研究で用いたSC構造を示す理論的研究では、高変換効率を得るために最適調整したものではない(図
8参照)。しかし、SCの特性上の基本的なTPUの効果実証に作製しものである。さらに、各層の厚さ及
びドーピング濃度の最適化などの調整開発、並びに窓層及び反射防止コーティングの導入は、最高実
績を得るために必要な残件事項である。
 

同上研究グループは、大きな透過損失を効果的に抑制するため、異なるバンドギャップの半導体から
なるヘテロ界面の太陽電池を透過するエネルギーの小さな2つの光子を用い、光電流を生成する新し
い太陽電池セル構造を開発。変換効率が最大で63%となる理論予測結果を示すとともに、この太陽
電池セルのユニークなメカニズムである2光子によるアップコンバージョン(エネルギー昇圧)の実
験実証に成功。実証された損失抑制効果は、これまでの中間バンドを利用した方法に比べて百倍以上
にも達しており、その有効性が明らかにする。今後、最適な材料を利用した太陽電池セル構造の設計
を進め、変換効率に係る性能評価を進めることで、発電コストを大幅に引き下げることができる新し
い超高効率太陽電池としての応用が期待されている。

  Apr. 7, 2017

※ 参考:「特集|中間バンド型量子ドット太陽電池」(環境工学研究所 WEEFオールソーラシステム Code
       No.20130306_01
※ 特開2015-228413  高変換効率太陽電池およびその調製方法 国立大学法人神戸大学 2015年12月17日


【RE100倶楽部:オールソーラー篇】

● カーボンナノチューブ空気電池リチウム電池 リチウムイオン電池の15倍

 今月5日、物質・材料研究機構 (NIMS) の研究チームは、リチウム空気電池の空気極材料にカーボン
ナノチューブ (CNT) を採用することで、従来のリチウムイオン電池の15倍に相当する極めて高い蓄
電容量を実現したことを公表。蓄電池は、電気自動車用電源として、あるいは太陽電池と組み合わせ
た家庭用分散電源として欠かせないが、現状のリチウムイオン電池は、小型で高電圧、長寿命という
優れた特性にもかかわらず、蓄電容量に相当するエネルギー密度がほぼ限界に達している。この壁を
突破する切り札としてリチウム空気電池がある。リチウム空気電池は二次電池の中で最高の理論エネ
ルギー密度を有する「究極の二次電池」であり、蓄電容量の劇的な向上と大幅なコストダウンが期待
されているが、従来の研究は少量の材料で電池反応を調べる基礎研究が中心であり、実際のセル形状
において巨大容量を実証した例がなかった。


今回、同研究チームでは、現実的なセル形状において、単位面積当たりの蓄電容量として30 mAh/cm2
という極めて高い値を実現。この値は、従来のリチウムイオン電池 (2 mAh/cm2 程度) の15倍に相
当するものです。この成果は、空気極材料にカーボンナノチューブを用い、空気極の微細構造などを
最適化することによって得られた。巨大容量の実現には、カーボンナノチューブの大きな表面積と柔
軟な構造が寄与していると考えている。また、このような巨大容量が得られたという事実は、従来の
考え方では説明が困難であり、リチウム空気電池の反応機構の議論にも一石を投ずる可能性があると
する。今後、この成果を活用し、実用的なレベルでの真に高容量なリチウム空気電池システムの開発
を目指し、セルを積層したスタックの高エネルギー密度化、さらには空気から不純物を取り除くとい
った研究にも取り組んでいく。

 

  Mar. 11, 2017

【RE100倶楽部:オールソーラー篇】

● 上海に人口2千4百分の食糧を養う垂直型都市農園構想


国際建築会社の佐々木氏は、上海の急上昇するスカイサーフの中で、壮大な100ヘクタールの都市農場
計画を発表。このプロジェクトは、都市農業の世界における革新、交流、教育の中心地として機能し
ながら、約2,400万人の人々の食糧需要に対応する巨大農業研究所である。

Sunqiao Urban Agricultural District(サンチャオ都市農業市街区)は、、都市の多くの塔の間にうまく収ま
る垂直農場で構成さ、光沢のある金属とガラスの街並みに調和した緑色を加える。不動産価格が垂直
的な建物をより手頃な価格な上海のような都市では、都市の農場のレイアウトは、藻場の養殖場、浮
遊温室、垂直の壁、さらには種子図書館など、さまざまな舞台有す各々の建物でカウントされ、プロ
ジェクトに水耕栽培システムと水生生物システムなどの異なる農法が組み込まれている。

マスタープランは教育だけでなく大規模な食糧の生産供給するように設計。 Sunqiaoは持続可能な農
業を都市の成長にとって重要要素として位置づ、このアプローチは、より持続可能な食糧ネットワー
クを積極支援しながら、レストラン、市場、料理アカデミー、コミュニティプログラムを通じて、都
市生活の質を向上させ、都市が拡大し続けるにつれて、都市と田舎の間の二分法に挑戦しなければな
らない。 サンチャオはそのための実証プランであると佐々木氏は話す。

そうか、そうなんだ。時代はすっかり"エネルギーフリー世界を語ろう。" なんだ。ここは突っ走しる
しかない。

  Mar. 20, 2017

 

  ● 今夜の一曲

ダイアナ・クラール(本名:ダイアナ・ジェーン・クラール(Diana Jean Krall), 1964年11月16日 - )
は、カナダ出身の女性ジャズ・ピアニスト、歌手。
1990年代以降に最も成功したジャズ歌手の一人と
して、1999年から5度のグラミー賞を獲得。夫はミュージシャン エルヴィス・コステロ。「ならず者
」(ならずもの、Desperado)は、イーグルスが1973年に発表した同名セカンドアルバムのタイトル。
トラック。リンダ・ロンシュタットをはじめ、カーペンターズが1975年にカヴァーするなど後に数々
のアーティストによってカヴァーされ、映画やテレビなどにも頻繁に使われる楽曲となる。歌詞は、
当時266歳のドン・ヘンリーが友人へ綴った、内省的なものに仕上がっている。

 

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