沸騰大変動時代（六）

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」。


❏ ペロブスカイト-ペロブスカイト-シリコン三重接合太陽電池
   変換効率44.3％の能力（充填率にして90.1％）をもつと試算

【要約】
ペロブスカイトベースの三重接合太陽電池は、高効率かつコスト効
率の高い太陽光発電エネルギー変換の可能性をもつ、ペロブスカイ
ト/ペロブスカイト/シリコン三重接合セルの光学特性のロードマッ
プをの提供する。 ペロブスカイト/ペロブスカイト/シリコン構造
の包括的な光電気モデルが Sentaurus TCAD で開発された。モデル
の光学部分は、三重接合太陽電池の評価測定で検証された。電気的
特性評価は進行中のプロセスで 最初の改善ステップは、両方のペ
ペロブスカイト層厚みを調整し、平面に対してバンドギャップを最
適化することで、光電流密度を 13.3 mA cm−2 、効率を 41.9% に
高めることが可能となった。 完全なテクスチャード構造で実装する
ことで、理想的な電気特性を仮定すると、44.3%変換効率で14.1 mA
cm−2の短絡電流と3.48 Vの開放電圧がえられた。



図１．a) この記事で調査した PPS 三重接合太陽電池の層スタック。
 b) 測定された EQE および反射率に対するシミュレートされた吸
収および反射率。シミュレーション値は実線で表され、点線は測定
値を表します。 FCA はシリコン内の自由キャリア吸収。色付きの
領域は、対応する層の光電流の因子の統合吸収を表す。
【掲載論文】
・Titol：Optoelectrical Modeling of Perovskite/Perovskite/Silicon Triple--
    Junction Solar Cells: Toward the Practical Efficiency Potential
・First published: 16 January 2024 in RRL Solar
       https://doi.org/10.1002/solr.202300887

❏ 光 触媒 メタンの変換:現状 アート、課題、そして将来の展望③
【要約】
3. メタン光変換性能を向上させる戦略
3.1. 半導体の設計 

3.1.2. ヘテロ原子ドーピング

光誘起キャリア分離効率が低いことは、光触媒によるメタン変換を

1 つ。 (74) 不純物ドーピングにより、CB と VB の間に追加のバン
ドが導入され、励起子をトラップし、半導体バルク内でのキャリア
の再結合を抑制することができる一方、不純物ドーピングは半導体
電解質界面の障壁高さを調整することもでき、これは光生成キャリ
アの選択的な電荷移動に有益である。 (75-77) 例えば、GaN への微
量の Si の導入は、フォトルミネッセンス (PL) スペクトルによれ
ば、光生成キャリア分離効率を促進することが証明された。 (78) 
さらに、ドーパントは化学種に対する表面親和性に影響を与える可
能性があるため、メタンの変換効率に影響を与える可能性がある。 
ヴィラら。 は、メタン変換における La ドーパントの役割について
詳細な説明を提供し。 (79) La ドーピングにより比表面積と細孔容
積が改善され、メタンの高い吸着能力をもたらした一方、La の導入
｝後に酸素欠損が生成される可能性があり、純粋な WO3 と比較して
吸着水の量が増加。その結果、より多くの・OH ラジカルが La ドー
プ WO3 の表面上の CH4 と反応できるため、La ドープ WO3 の CH3OH 
選択性は純粋な WO3と比較し 50%増加した。

ドーピングは、使用されるドーパントの種類に応じて、p 型ドーピ
ングと n 型ドーピングに分類できる。 ｎ型ドープ半導体およびｐ
型ドープ半導体は、それぞれホスト原子を電子豊富な置換物および
電子不足の置換物で置換することによって得ることができる。
TiO2 中のこれら 2 つの異なるタイプのドーパントが光触媒による
メタン変換に与える影響は、Zhang のグループによって研究されて
います。 (71) 彼らは、メタンの非酸化カップリングに使用される一
連のn型 (Nb、Mo、W、Ta) および p 型 (Ga、Cu、Fe) ドープ TiO2 
を合成しました。 n型ドーパントを含む TiO2 は、p 型ドーパント
を添加したTiO2と比較して、より高いメタン変換率を示し (図 4a)。 
DFT 計算によって明らかになったように、n 型ドーパントは過剰な
電子をTiO2の隣接する Ti6c 原子および Ti5c 原子に提供すでき、
電子をメタンに移動させることでメタン分子の分極と活性化を促進
 (図 4b)。さらに重要なことは、C-C結合の切断は、p型ドープTiO2 
の脱着よりも熱力学的に有利であり、活性サイトでの新しいメタン
の吸着が妨げられ、結果としてメタン変換率が低下。反対に、C2H6
はC-C開裂反応を起こすのではなく、n型ドープTiO2の表面から脱離
傾向があり、高いC2H6生成率につながつた（図4c）。
【関係論文】
・Titol:Photocatalytic Conversion of Methane: Current State of the Art, 
　Challenges, and Future Perspectives
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく
【最新特許技術：メタネーション】
１．特開2024-40891　水電解一体型メタネーションセルおよびそれ
　を用いた電解メタネーション装置
【要約】      （修正有）
図１のごとく、水を電気分解して酸素と水素イオンを生成するアノ
ード５、及び、アノードに水を供給する第一流路６を備える、アノ
ード部２と、水素イオン伝導性を有する電解質４と、水素イオンを
還元して水素を生成するカソード７、二酸化炭素を還元して炭素化
合物を生成する触媒層１３、触媒層に二酸化炭素を供給する第二流
路８、及び、生成された炭素化合物を排出する第三流路９を備える
、カソード部３とを備え、カソード部において、第二流路および第
三流路がいずれもカソード部の一方の側面に設けられ、触媒層が第
二流路と第三流路とを隔てる幅方向の仕切り板１０を有し、かつ、
仕切り板の一部に第四流路１１が設けられている、水電解一体型メ
タネーションセル１でカソードとアノードに流す電力原単位を小さ
くし、効率よくＣＯ２ガスから炭素化合物を生成できる水電解一体
型メタネーションセルおよび電解メタネーション装置を提供する。

【選択図】図１

【符号の説明】１ 水電解一体型メタネーションセル ２ アノード部
３ カソード部 ４ 電解質 ５ アノード ６ 第一流路 ７ カソード
８ 第二流路 ９ 第三流路 １０ 仕切り板 １１ 第四流路 １２ 絶縁
シート  １３ 触媒層
【発明の効果】 本開示によれば、カソードとアノードに流す電力原
単位を小さくし、効率よくＣＯ２ガスから炭素化合物を生成できる
水電解一体型メタネーションセルおよび電解メタネーション装置を
提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】水を電気分解して酸素と水素イオンを生成するアノー
ド、及び、前記アノードに水を供給する第一流路を備える、アノー
ド部と、水素イオン伝導性を有する電解質と、水素イオンを還元し
て水素を生成するカソード、二酸化炭素を還元して炭素化合物を生
成する触媒層、前記触媒層に二酸化炭素を供給する第二流路、及び
生成された前記炭素化合物を排出する第三流路を備える、カソード
部とを備え、前記カソード部において、第二流路および第三流路が
いずれも前記カソード部の一方の側面に設けられ、前記触媒層が第
二流路と第三流路とを隔てる幅方向の仕切り板を有し、かつ、前記
仕切り板の一部に第四流路が設けられている、水電解一体型メタネ
ーションセル。
【請求項２】前記仕切り板の面積が、前記触媒層の幅方向の断面積
の１／３以上である、請求項１記載の水電解一体型メタネーション
セル。
【請求項３】第四流路が、第二流路および第三流路から離れた位置
に設けられている、請求項１記載の水電解一体型メタネーションセ
ル。
【請求項４】第四流路の流路面積が、第二流路の入り口の流路面積
と同等またはそれ以上である、請求項１記載の水電解一体型メタネ
ーションセル。
【請求項５】前記仕切り板が、凹凸形状、波板形状、及び、上下方
向に突出している凸部を備える形状から選択される少なくとも一つ
の形状を有する、請求項１記載の水電解一体型メタネーションセル。
【請求項６】  請求項１～５のいずれかに記載の水電解一体型メタ
ネーションセルと、前記アノード部と前記カソード部との間に電流
を流す電源とを備える、電解メタネーション装置。

２．特開2023-179172　電解合成システム（特許 有効）

【要約】（修正有）
図１のごとく電解合成システム（１０）は、水素ガスと一酸化炭素
ガスとが所定の濃度比で炭化水素合成装置（２０）に供給されるよ
うに、第１濃度センサ（６２）の検出結果に基づいて、水素ガス貯
留装置（５２）から生成ガス流通路（３４）に供給される水素ガス
の流量と、一酸化炭素ガス貯留装置（５６）から生成ガス流通路（
３４）に供給される一酸化炭素ガスの流量とを調整する調整装置（
６６）を備えることで、解合成システムにおいて得られる水素ガス
および一酸化炭素ガスの濃度比が変動することによる、メタン等の
炭化水素の合成効率の低減を抑制する電解合成システムを提供する。

図１．
【符号の説明】１０…電解合成システム １２…水源　１４…二酸化
炭素源 １８…電解装置　２０…炭化水素合成装置 ３４…生成ガス
流通路　３６…分岐流通路 ３９…合流流通路　５０…分離装置 ５２
…水素ガス貯留装置　５６…一酸化炭素ガス貯留装置 ６０…切換装
置　６２…第１濃度センサ ６４…第２濃度センサ　６６…調整装置
６８…制御装置　７４…弁制御部 ７６…切換制御部　７８…判定部

【特許の請求範囲】（割愛)

※ メタネーション装置は10年以内に世界展開しているだろう。



❏ 量子光学で光バネの硬化に成功

向かい合わせに配置した鏡の間の空間にレーザー光がため込まれる
光共振器において，レーザー光が鏡を押す力を復元力として用いる
振動子は光バネ。機械振動子のような熱ゆらぎがほとんどないため，
微小信号計測のための究極のプローブとして注目されている。光バ
ネを硬くすることができれば，鏡の振動の抑制や，高周波の測定が
可能になり，プローブとしてのユーティリティもさらに向上するが，
従来の光バネの硬さには光量で決まる上限が存在する。

４月５日、東京工業大学らの研究グループは非線形光学効果の１つ
の光カー効果（Kerr効果）を用いた信号増幅を導入。この研究では
２次の非線形感受率と結合して現れるカスケード式の光カー効果を
利用。カスケード式の光カー効果は，非線形光学結晶の温度を変え
ることで調整することができる。

この研究では，光共振器を構成する鏡のうち1枚を，共振周波数14Hz
の渦巻バネで懸架された280mgの軽量鏡にした。使用するレーザー波
長は1,064nmで，光共振器内の光量は最大でおよそ40W。非線形結晶
を挿入しない状態で測定した光バネの周波数は53Hzであった。この
共振器に，非線形結晶として長さ10mmの周期分極反転リン酸チタン
カリウム結晶を挿入し，結晶の温度を倍波生成損失の少ない39.6℃
と45.4℃という2つの温度に制御した状態で，光バネの測定実験を
行なった。この場合，屈折率の温度依存性に起因する光熱効果によ
って光共振器の応答が変化するため，懸架鏡を使わずに光熱効果を
精密に測定し，光バネ観測実験の結果から光熱効果の寄与分を除去
するという解析を行う。

その結果，39.6℃のときには光バネ周波数が67Hzに上昇し，光バネ
の硬さを表す光バネ定数がおよそ1.6倍上昇したことが分かった一方
結晶温度が45.4℃のときの光バネ定数の増加は39.6℃のときより小
さくなり，結晶温度を変えれば信号増幅の大きさを調整できること
も分かり、光カー効果（Kerr効果）は入射光の強度に比例するため，
光バネ定数の差は入射光強度が強いほど大きくなったことで、次世
代重力波望遠鏡の高周波感度を向上させる技術に応用可能となる。

❏ マイクロ太陽光発電ドローンは 3.5 分の自律性を実現

この太陽光発電超小型航空機の設置面積は 0.15 m x 0.15 m、重量
はわずか 0.071 kg です。 開発者によれば、これはこれまでに開発
された中で最小の太陽光充電可能なマルチローターだという。 
米国に本拠を置くサンパワー社の効率22.6%の太陽電池モジュール
技術と、リチウムポリマー電池をベースとした0.3Ah蓄電システム
を採用している。

自律型マイクロドローンを組み込んだワイヤレス・メンテナンス
事業が全面展開時代が開幕している！

　　今夜の映画

ロシア革命の犠牲から奇跡的に逃れ今も生存を伝えられるロマノフ王朝の皇女
アナスタシアに絡まる恋と陰謀を描いた話題作。原作はガイ・ボルトンの潤色
によるフランスのマルセル・モーレットの戯曲により、「旅情」のアーサー・
ローレンツが脚色、「愛情は深い海の如く」のアナトール・リトヴァクが監督
した。撮影は「旅情」のジャック・ヒルドヤード、音楽は「バス停留所」のア
ルフレッド・ニューマン。主な出演者は、「王様と私」のユル・ブリンナー、
「われら女性」以来久々のイングリッド・バーグマン。