ペロブスカイトPV社会実装０１

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」。

 


朱雀
奈良県奈良市今御門町30-1
❏今夜のごちそう：奈良に旨いものあり
『平宗謹製 棒ずし 柚庵焼鯖ずし』


【特集：パワー半導体の行方】
15年前にSiCへの膨大な投資を開始し、技術開発に6500万米ドルを
投じ、SiC製品の製造に必要なエネルギー量とコストがSiをはるか
にコスト高く、SiCは性能が優れているが、Siほど高い費用対効果
を実現することはなく。SiCは高温材料で膨大な量のエネルギーを
必要とするうえ、高温に対応した高価な装置が必要になり、SiCは
性能が優れているが、Siほど高い費用対効果を実現することはない
だろう。SiCは高温材料で膨大な量のエネルギーを必要とするうえ、
高温対応した高価な装置が必要と判断したと、PowerIntegrations社の
Balakrishnan氏は話す（EETimes 2024.3.28）。

SiCはGaNよりも早く研究開発が始まったため技術が成熟していて、
より高い電圧と電力レベルを実現できると、SiCが非常に魅力的と
されアプリケーション、GaNも将来的にはそこに到達する。基本的
に、GaNの電圧や電力レベルをさらに高められ1200VのGaNパワーデ
バイスに続き、近々さらに高電圧のGaNデバイスを供給する。GaNは、
SiCに対して非常に優れた競争力を持ちながら、はるかに低いコス
トで製造できるだろうと話している。さて、コストだけではないの
で判断がつかないというのがわたしの感想。以下、願参考！
❏参考資料
１．Silicon carbide (SiC) counterviews at APEC 2024、EDN
２.Gallium Nitride (GaN) technology overview
３.GaN’s applications roadmap spotted at CES 2023
４．The diverging worlds of SiC and GaN semiconductors
５．SiC and resurgence of semiconductor vertical integration
６ The GaN semiconductor design view from upcoming APEC show

【特集：電子ゴミの問題抜本的解決】
❏金属元素を使わないカーボン系材料のみの電子回路を開発

3月28日、東京大学とNTTの研究チームは、パイクリスタルや東京工
業大学とともに、カーボン系材料のみで構成された「相補型集積回
路」を開発した。金属元素を含まない材料で開発した電子回路が、
室温大気下で安定に動作することも確認した。
【要点】
１．金属元素不使用（メタルフリー）でありながら、室温大気下で
　安定に動作する、カーボン系材料のみで構成された相補型アナロ
　グ・デジタル回路を開発
２．高いキャリア移動度を持つp型およびn型有機半導体の薄膜単結
　晶、それらに適した電極特性と回路パターニング可能なプロセス
　性を併せ持つ導電性カーボン、そして優れたプロセス耐性と絶縁
　性を有する高分子材料の組み合わせにより、有機トランジスタか
　ら成る本回路の作製に成功
３．本成果を電子タグやセンサデバイス等の電子デバイスへ展開す
　ることで、従来の電子ゴミ（e-waste）に関連する様々な問題の
　解消への貢献が期待できる。


【概要】
近年の情報化社会の発展に伴い、使用済みの電子デバイスなどに起
因する電子ゴミ（e-waste、注3）の増加が世界的な問題になってい
る。これらの電子ゴミには、重金属（鉛、水銀、カドミウムなど）
や臭化物難燃材といった有害物質を含むものが多い上に、金や銀や
プラチナなどの希少元素も含まれており、有効な処理・リサイクル
が必要だが、電子デバイスの需要はますます高まっており、電子ゴ
ミに対するより根本的な対策が求められていた。

研究グループは、上記の問題の解決策としてディスポーザブルエレ
クトロニクス（注4）に着目しており、電子デバイスがリサイクル
されずに自然環境下に廃棄された場合のために、2022年に有害物質
を含まない電池と電子回路についての報告を行った。今回は、更に
検討を進め、限りある希少資源を使わないという考えにも着目し、
金属元素を含まず、カーボン系材料のみで構成した電子回路を開発。
本報告では、東京大学がカーボン系材料のみで構成した有機トラン
ジスタやその相補型集積回路の作製技術を確立し、実働回路の製作
にはNTTが有機トランジスタ向けに開発したプロセス依存性の少な
い通信用回路構成技術を適用しました。
 
従来から東京大学が取り組んでいたC9-DNBDT[1]とPhC2-BQQDI[2]は、
印刷技術を応用して成膜可能かつ高いキャリア移動度を有する高性
能なp型およびn型の有機半導体材料。しかしながら、一般的な有機
トランジスタは、電極や絶縁層に金、銀、プラチナなどの貴金属や
酸化アルミニウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物を使用する事
が多く、依然として金属元素が含まれていた。
今回、研究グループは、有機トランジスタを駆動できるカーボン電
極とそのパターニングプロセスを新たに開発し、ポリイミドフィル
ム基板とパリレン絶縁層という高分子材料と組み合わせることで、
基板、絶縁層、半導体、電極、配線の全てがカーボン系材料から成
る有機トランジスタ、およびその相補型回路の作製に成功し（図1）。



図１．全カーボン製の相補型インバータ回路
a) 回路の偏光顕微鏡写真。青で示した箇所がp型有機半導体、緑が
n型有機半導体。b) 回路図と真理値表。c) 異なる電源電圧（5～30V）
における電圧トランスファーカーブとシグナルゲイン。入力電圧Vin
を増加させると、出力電圧Voutが Vin = Voutとなる点を境に減少
に転じる。
元素分析とICP-MS（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry、
を用いた網羅的かつ高感度な組成分析を詳細に行ったのは今回が初
めてであり、その結果、電子回路中の金属元素の全量が僅か50ppm（
0.005%）未満であることを確認した。この値は土壌中の様々な金属
元素の含有量と比較しても著しく低い値。さらに、通信用回路の実
現に向け、アナログ・デジタル集積回路を作製した。具体的には、
自己発振回路であるリングオシレータ、もっとも基本的な論理回路
の一つであるインバータ（NOT回路）、記憶素子としても用いられ
るDフリップフロップ、そしてパラレルデータをシーケンシャルデ
ータに変換するマルチプレクサです。これらを相互接続して構築し
た64個のp型およびn型トランジスタから成るディスポーザブルな
4-bit ID出力電子回路は室温大気下であっても安定に動作すること
を世界で初めて実証した（図2）。


図2. 全カーボン製のアナログ・デジタル回路から構築した4-bit 
ID出力デバイス
a) 全体の回路図。リングオシレータ（RO）をクロックジェネレー
タとして用い、二つのDフリップフロップ（DFF）を同期させて2-b
it カウンタとして動作させる。その出力Q1, Q2を41マルチプレ
クサの選択信号として用い、プリセットした4-bit IDをシーケンシ
ャルに出力する。b) 4-bit ID = 0101のときの各段の出力信号。RO
の波形の立ち上がりがポジティブエッジとして機能し、2-bit カウ
ンタが切り替わっている。それに合わせてマルチプレクサが4-bit
 IDをData 1 → 3 → 4 → 2 → 1...の順に繰り返し出力している。
【展望】
今後はさらなる材料検討やトランジスタの集積度と微細化度の向上
を進めます。それらにより、リサイクル不要で使い捨てできる無線
通信が可能な電子タグやセンサデバイスの実現および、そのデバイ
スを活用した新しいサービス展開が期待されます。これは、将来的
に電子ゴミに関連する様々な問題を解決するための重要なマイルス
トーンであり、高度に情報化された社会と持続可能な社会とを両立
させるコア技術になると期待されている。

【掲載誌】
雑誌名：　Advanced Materials Technologies
題　名：　All-Carbon-Based Complementary Integrated Circuits
著者名：　Kazuyoshi Watanabe*, Naoki Miura, Hiroaki Taguchi, Takeshi 
　　　　　　Komatsu, Atsushi Aratake, Tatsuyuki Makita, Masahiro 
　　　　　　Tanabe, Takahiro Wakimoto, Shohei Kumagai, Toshihiro Okamoto, 
　　　　　　Shun Watanabe and Jun Takeya
DOI：　10.1002/admt.202301673
URL：　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202301673



01 ペロブスカイトPVの社会実装に向け連携
3月29日,マクニカ，神奈川県，ペクセル・テクノロジーズは，ペロ
ブスカイト太陽電池と蓄電池の社会実装に向けた実証や普及啓発に
関しての連携協定を締結、３者はペロブスカイト太陽電池と蓄電池
の早期社会実装を目指すとともに、神奈川県発として世界に向けて
ペロブスカイト太陽電池と蓄電池を活用したソリューションの利便
性やその社会貢献度を広く情報発信し、脱炭素社会の促進に貢献し
ていく。

マクニカは、すでに、環境省の事業採択を受け、ペロブスカイト太
陽電池の量産化を目指しペクセル・テクノロジーズとともに、横浜
市の大さん橋でペロブスカイト太陽電池の実証事業を開始している
ほか、2024年10月より7.2kw/h～の安価で安全な100%リサイクルが可
能な蓄電池「Soldam（ソルダム）」の販売を開始する事が決まって
おり、神奈川県と協力する事で官民一体となった脱炭素社会の構築
に貢献する事を目指す。
❏関連情報

１．鉛蓄電池システム「soldam」
soldamは、1個1.2kWhの鉛蓄電池を6個組み合わせた7.2kWhの鉛蓄
電池システムだ。一般的なリチウムイオン蓄電池に比べて約3分の1
の価格（約30～40万円）で、同程度の蓄電容量を持つ。全体の重量
は300kgで、鉛蓄電池単体（1個）では45kgだ。ペロブスカイト太陽
電池の他、既存の太陽光発電システムにも対応する。2024年4月か
ら一部の顧客向けに販売を開始し、2024年後半からは本格量産／一
般販売を予定。
※鉛は「都市鉱山事業」として完全リサイクルシステムを前提に「
リスク・インパクト・マネイジメント」の完備を前提ととする。
２．ペロブスカイト太陽電池
薄くて軽く、曲げられるという特長を持つ次世代の太陽電池だ。従
来のシリコン太陽電池と比較して重量は100分の1、材料費は約半分
でありながら、発電効率はシリコン太陽電池の最高効率である26.1
％と比較して「遜色ない」（宮坂氏）という。高い柔軟性や透過性
を持つことから、建物の壁や窓ガラスなどの他、カバンや帽子など
での活用も期待されている。
３．ペロブスカイト太陽電池と鉛蓄電池で電力の「地産地消」を促す
https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2403/13/news059.html（EE Times
 Japan）

02 日清紡マイクロ，琵琶湖半導体構想に参画
3月29日、日清紡マイクロデバイスは，新規次世代半導体材料を使用
するパワー半導体による省エネ・グリーン化を目指すPatentixが推
進している企業間連携を目的としたコンソーシアム，琵琶湖半導体
構想（案）に参画すると発表。

Patentixは立命館大学発のベンチャーであり，同大学総合科学技術
研究機構と共同で研究・技術開発している新規次世代半導体材料で
あるGeO2半導体エピウエハーの早期供給に向け，企業連携を促進し
ている。日清紡マイクロデバイスはその活動に賛同し，また，新規
半導体材料の研究開発に適した半導体製造ラインとシリコン半導体
以外にも各種化合物半導体素子のデバイス設計・プロセス技術を有
しており，これらがPATENTIXにおける研究開発の活動に有効なこと
から，新規次世代パワー半導体候補としてGeO2材料の基礎研究と，
将来の新規次世代パワー半導体向け応用への協力をすることになっ
たという。

03　積水化学ら，ペロブスカイト太陽電池の設置実証実験

3月22日、積水化学工業，センコーグループホールディングス，セ
ンコーは，太陽光発電ポテンシャルが大きい倉庫，工場の壁をター
ゲットとした設置方法を確立するための共同実証実験を，センコー
茨城支店 茨城PDセンタにて開始。

今回の実証実験では，新しい簡易設置法により，16枚（16m2）のペ
ロブスカイト太陽電池設置を，施工準備から配線収納まで6時間で完
了することができた。今後，発電能力の検証に加え，耐候性，特に
耐風性について，3社共同で1年かけて検証するとしている。3社は，
今回の実証により倉庫，工場の壁面における再エネ導入手法を確立
し，脱炭素化社会への貢献を目指する。

❏関連情報：https://www.sekisui.co.jp/news/2024/1400963_41090.html

●　今日の寸表：一心専念弥陀名号　
    Let us pracrice nembutsu wholehearedly, Namu Amida Butsu.