特集｜熱電素子式温泉発電

 

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で、あらゆる武具を朱塗りにした部隊編のこと）の兜
（かぶと）を合体させて生まれたキャラクタ。愛称「ひこにゃん」。

今年の除雪作業より足先の充血感や浮腫感が残り、群加齢症と血行障害症
がとれないため対策をと考え始める。そこで、このサプリメントに辿り着
いた。



➲　そこでリサーチ
ビタミンE（vitamin E）は、脂溶性ビタミンの1種である。トコフェロ－ル
（tocopherol）とも呼ばれ、特にｄ-α-トコフェロールは自然界に広く普
遍的に存在し、植物、藻類、藍藻などの光合成生物により合成される。医
薬品、食品、飼料などに疾病の治療、栄養の補給、食品添加物の酸化防止
剤として広く利用されている。 ビタミンEの構造中の環状部分は、慣用名
でクロマンと呼ばれる構造である。このクロマンに付くメチル基の位置や
有無によって、異なる型のトコフェロールに分類される。ヒトではD-α-ト
コフェロールがもっとも強い活性をもち、主に抗酸化物質として働くと考
えられている。抗酸化物質としての役割は、代謝によって生じるフリーラ
ジカルから細胞を守ることである。



【摂取基準】
かつてはα-トコフェロール当量 (mgα-TE) で所要量が表示されていたが、
厚生労働省が策定した2010年版の食事摂取基準においては、α-トコフェ
ロールのみの目安量（adequate intake, AI）及び耐用上限量（tolerable upper
intake level, UL）を定めている。血液及び組織中に存在するビタミンE同族
体の大部分がα─トコフェロールであるため、α─トコフェロールのみを
指標にビタミンEの食事摂取基準を策定している。



⛨ 特開2020-195284 廃用性筋委縮予防・改善組成物 キューサイ株式会社
【要約】
乳タンパク質と大豆タンパク質を含み、乳タンパク質：大豆たんぱく質の
質量比が、０．５：１～２：１であることを特徴とする廃用性筋委縮予防・
改善組成物で、摂取後の血中アミノ酸濃度を高い状態に長時間維持できる
廃筋委縮予防・改善組成物を提供。
【概要】
運動の不足により生じる筋委縮、いわゆる廃用性筋委縮は、疾病による長
期入院などで問題になることが多いが、特に高齢者にあっては日常生活に
おける活動量の低下により問題化する場合も多い。このため従来において
も廃用性筋委縮の予防、改善に関連し、各種の対応がなされてきた一般に、
健康な人が適切な運動を行った場合、約２４～４８時間程度の期間、筋肉
のタンパク質合成が盛んになるが、その合成の元となるアミノ酸の補給は
基本的には一日数度の食事に依存しており、しかも食事に伴う血中アミノ
酸量の増加は食後１～２時間に限られる。 
このため、摂取された食事に伴う血中アミノ酸を、長時間にわたり高い濃
度に維持することにより、運動後の筋タンパク質増加を促進することが可
能となる。 このように、廃用性筋委縮の予防・改善には、適切な運動とと
もに、血中アミノ酸、特に必須アミノ酸濃度を長時間高い状態に維持でき
る食事の提供が重要である。 さらに、高齢者にあっては食事からの栄養
吸収、体内における筋タンパク質の回復作用の効率低下が認められ、必要
とされる食事タンパク質の量も多くなるにも関わらず、成人病などにより
血管系も損傷を受けており、筋タンパク質の回復を行う際の障害となって
いる。 また、高齢者は若者・中年に比べて必要なカロリー数が減少する
ため、それに伴い食べる絶対量が減る傾向がある。しかし、たんぱく質の
必要量はカロリー数ほど減少しない。 そのため、純粋に食べる量を減ら
すことで摂取カロリーを減らすと、高齢者はたんぱく質摂取量が不足しが
ちになる。たんぱく質の不足は筋力の低下を招き、高齢者の一度落ちた筋
力の回復は困難であることや床ずれの原因ともなる。
【効果】廃用性筋委縮予防・改善組成物は、乳タンパク質と大豆タンパク
質を所定比率で含むことにより、摂取後長時間にわたり血中でのアミノ酸
濃度を高く維持することができ、筋タンパク質の効率的な産生を促進する
ことができる。

⛨ 特開2020-128369 アスタキサンチン含有組成物 キューサイ株式会社
【要約】
アスタキサンチンと、アスタキサンチンに対し０．００５質量倍以上のピ
ペリンが配合されていることを特徴とする、不快臭抑制効果に優れたアス
タキサンチン含有組成物。及び、さらにγ－オリザノールを配合した、劣
化臭抑制効果に優れたアスタキサンチン含有組成物。また、アスタキサン
チンとヒハツ由来のピペリンを合わせて摂取すると前屈み時など特に腰に
高い負荷がかかる時の腰痛を改善する作用がある。解決すべき課題は、ア
スタキサンチン含有組成物の生臭さを抑制することと、アスタキサンチン
とピペリンを含有した組成物に腰痛改善作用があることを示すことにある。
【非特許文献１】
New In Vivo Measurements of Pressures in the Intervertebral Disc in Daily Life,
SPINE Vol.24, No.8, pp755-762,1999
【概要】
ピペリン、特にピペリンを含有するヒハツ抽出物がアスタキサンチン特有
の不快臭を抑制し、さらにγ－オリザノールがアスタキサンチン加熱・酸
化時の劣化臭発生を抑制する効果があることを見出した。 また、不快臭
低減の検討の過程でアスタキサンチンとピペリンの組成物に高負荷時の腰
痛改善作用があることを見出した。すなわち、本発明にかかるアスタキサ
ンチン含有組成物は、アスタキサンチンに対し０．００５質量倍以上のピ
ペリンが配合されていることを特徴とする。また、本発明にかかるアスタ
キサンチン含有組成物は、ピペリンに加え、アスタキサンチンに対し０．
０５質量倍以上のγ－オリザノールが配合されていることが好適である。
また、本発明において、ピペリンはヒハツ抽出物として配合されることが
好適である。 さらに、本発明にかかるアスタキサンチンを含有した組成
物は、アスタキサンチン、ヒハツ由来のピペリン、ビタミンＤ３、ビタミ
ンＢ６、γ－オリザノールの５成分を含有することを特徴とする腰痛改善
組成物である。

［アスタキサンチン］
本発明において好適に用いられるアスタキサンチンはカロテノイドの一種
であり、３，３’－ジヒドロキシ－β，β－カロテン－４，４’－ジオン
の構造を有し、黄～赤色の粉体であるが、抽出物は粘稠油として提供され
ることが多い。高い抗酸化性を有するが、原料（藻類やオキアミなどの小
型甲殻類）に由来すると思われる不快臭（磯臭さを感じさせる生臭さ）を
有する。さらに、高い抗酸化性とは裏腹に、アスタキサンチン自体は易酸
化性であり、わずかな酸化に伴い強い劣化臭を生じる。アスタキサンチン
の組成物中への配合量は、その組成物の目的により異なるが、アスタキサ
ンチンとして１～30mg／日の人体投与量であることが好適である。
アスタキサンチンをヘマトコッカス藻色素オイルとして用いる場合、オイ
ル中のアスタキサンチン量は５質量％程度であることが多く、ヘマトコッ
カス藻色素オイルは２０～６００mg／日の人体投与量であることが好適で
ある。

［ピペリン］
ピペリンはアルカロイドの一種であり、特にブラックペッパーなどのコシ
ョウの辛味成分として知られている。 ヒハツ抽出物はピペリンを含有し、
ヒハツ抽出物をピペリン源として用いると、特にアスタキサンチンの不快
臭抑制に効果的である。 ヒハツは、コショウ科のつる性木質植物であり、
その果実は香辛料としても知られている。ヒハツの有効成分としてピペリ
ンが確認されており、血行改善効果などを奏する。さらに、一部のペンチ
ンの不快臭を抑制する効果も有する。アスタキサンチンに対しピペリンを
０．００５質量倍以上用いることが好適であり、ピペリン源としてヒハツ
を用いる場合には、ヒハツ抽出物をアスタキサンチンに対し０．３質量倍
以上とすることが好適である。

［γ－オリザノール］
前述のように、ピペリンはアスタキサンチンの不快臭（生臭さ）を抑制す
る効果には優れるが、一方でアスタキサンチンとピペリンの共存下で加熱・
酸化することで発生する劣化臭は、むしろアスタキサンチン単独の劣化臭
よりも増悪する。 γ－オリザノールは、コメヌカの資質に含有される、
フェルラ酸とステロールが縮合したエステル類の総称であり、高脂血症な
どに有効であることが知られている。 本発明においては、アスタキサン
チンとピペリンが共存下で酸化する際に生成する劣化臭を、γ－オリザノ
ールは良好に抑制する。 アスタキサンチン及びピペリンの劣化臭の抑制
効果は、アスタキサンチンの０．０５質量倍以上のγ－オリザノール添加
により、良好に発揮される。
［その他の成分］
本発明にかかるアスタキサンチン含有組成物は、本発明において特徴的な
ピペリン、及びγ－オリザノール以外に、キャッツクロー抽出物、ビタミ
ンＣ、ビタミンＤ、ビタミンＤ３、ビタミンＢ１、ビタミンＢ６、ビタミ
ンＢ１２、ビタミンＥ、黒ショウガ、サンザシ、ＧＡＢＡ、イチョウ葉エ
キス、乳酸菌、ケール、Ｌ－テアニン、ＤＨＡ、ＥＰＡ、ラフマ抽出物、
イミダゾールペプチド、コエンザイムＡ１０、ヒアルロン酸、クロロゲン
酸、セラミド、Ｎ－アセチルグルコサミン、プロテオグリカン等を、適宜
組成物の適用目的に応じて配合することができる。
【効果】
本発明にかかるアスタキサンチン含有組成物は、ピペリンを含むことによ
り、アスタキサンチンの有する不快臭を良好に抑制することができる。
さらに本発明にかかる組成物は、ピペリンの外に、さらにγ－オリザノー
ルを含むことにより、組成物を酸化環境に置いた際に生じるアスタキサン
チンの劣化臭を良好に抑制することができる。 また、アスタキサンチン
とヒハツ由来のピペリンを合わせて摂取することにより、高負荷時の腰痛
を軽減することが出来る。これはアスタキサンチン由来の抗酸化作用と
ヒハツから抽出したピペリンの血行改善効果が相互に発揮されるからであ
ると理解される。

✔　肝心の天然のトコフェロールの製造方法に辿り着けなかったが、天然
ビタミンＥ由来については一知半解では了解できたの今日のところはよし
とする。

世界初！カーボンナノチューブを認識する免疫受容体の発見 カーボンナノ
チューブが炎症を引き起こす機構を解明 4月7日、立命館大学らの研究グル
ープは、カーボンナノチューブ（CNT）を認識するヒト免疫受容体を発見。
【要点】
１．CNTは次世代ナノ材料として大きく期待されているものの、一部のCNT
　はアスベスト様の毒性が懸念されており、その毒性発現分子機構は不明
　であった。
２．独自のインシリコ探索により、世界で初めてCNTを認識するヒト免疫
　受容体を発見した。
３．マクロファージ※3がその免疫受容体を用いてCNTを貪食※して炎症を
　引き起こすことを明らかにした。
４．本研究で見いだした免疫受容体および炎症シグナルを標的とした健康
　被害の予防・治療法の開発が期待される。

※ 貪食 マクロファージなどが異物を細胞内に取り込み、消化し、分解す
 る作用を示す。

【概要】
CNTは1991年に飯島澄男城大学終身教授が電子顕微鏡解析により発見、そ
の高導電性、軽量性、強度などの非常に優れた物性から日本発の次世代ナ
ノ材料として半導体、電池、医療など多岐にわたる分野での用途が期待さ
れているが、2008年以降の動物実験において、一部のCNTにアスベストと同
じような毒性が相次いで観察され、2019年に国際化学物質事務局はCNTを
有害な物質と判断。そのため今後のCNTの研究開発の継続については国際
的に大きな議論となっている。CNTやアスベストは生体内に入ると免疫細
胞のマクロファージによく貪食される。本来マクロファージは体内に侵入
した微生物などを貪食するなどして生体防御に重要な役割を担っているが、
アスベストや一部のMWCNTを貪食した場合は、ストレスを強く感じ、その
ストレス応答（NLRP3インフラマソーム※5活性化を介したIL-1などの炎症
性サイトカインの分泌などにより、慢性炎症を引き起こすことが判ってき
ました。
しかしながら、なぜマクロファージがCNTをよく取り込むのかは依然とし
て不明であった。 研究グループは最近、世界で初めてMWCNTを認識する受
容体としてTim4を発見し、マウス実験においてMWCNTによる炎症にTim4が
関与していることを明らかにした（2021年2月10日　立命館大学-JST-東北
大学共同プレスリリース）。しかしその後、ヒト細胞を用いた実験から、
Tim4が発現していないマクロファージでもMWCNTを認識することが判り、
ヒトではTim4以外の何らかの受容体がMWCNTの炎症に関わっている可能性が
出てきました。Tim4のCNT認識様式は非常に特徴的なものであり、それは通
常はタンパク質の表面に出にくい芳香族アミノ酸クラスターがTim4の構造
表面には出ており、そのクラスターがCNT認識に必須だというものでした。
そのため本研究では、Tim4以外のCNT認識受容体を見つけるために、独自の
インシリコ探索を行いました。つまり、すでに結晶構造解析されている約
150,000種のタンパク質三次元構造の中から芳香族アミノ酸クラスターを
持つヒト受容体を探索し、Siglec-14を見つけ出すことに成功する。
分子動力学シミュレーション※8により、Siglec-14とCNTが安定して結合
する様子を観察し、その結合モデルに一致してSiglec-14はTim4と同じよ
うに芳香族アミノ酸クラスターを介してMWCNTを認識することを実証しま
した。 興味深いことに、Siglec-14受容体はヒトマクロファージ細胞表面
でDAP12というアダプタータンパク質と会合して、spleen tyrosine kinase(Syk）
というリン酸化酵素の活性化を経由して炎症シグナルを伝達する。
同研究グループは、ヒトマクロファージにおいてSiglec-14がMWCNTを認識
するとSykの活性化を介してNF-kBという転写因子が活性化され、IL-8など
の炎症性サイトカインが分泌されること、またMWCNTの貪食作用を誘導す
ることを見いだ。実際に図１に示すようにヒトマクロファージ系のTHP-1
細胞にSiglec-14を発現させるとMWCNTを顕著に細胞内に取り込むようにな
ることが顕微鏡で観察されました。この貪食作用によって取り込まれたM
WCNTは食胞を損傷させ、その結果、細胞死とNLRP3インフラマソーム活
性化が起きて炎症が引き起こされることが判ってきました（図2）。ヒト末
梢血単核球にMWCNTを添加すると炎症性サイトカインが分泌される。そ
れは本研究で作成した 抗Siglec-14　阻害モノクローナル抗体で抑制される
ことが明らかとなる。マウスにはSiglec-14がないため人為的にマウス肺胞
マクロファージにSiglec-14を導入してMWCNTを投与すると、Siglec-14を
導入していないマウスに比べて肺炎が増悪しました。また、このモデルマ
ウスにおいてホスタマチニブというSyk阻害薬を経口投与すると、肺炎が軽
減することが明らかになった。これらの結果は、ヒトマクロファージ上の
Siglec-14がMWCNTを貪食して、そのストレス応答により炎症を引き起こすこ
とを示唆する。











熱電素子で“温泉発電”、年間1.1万トンのCO2排出量削減
熱電素子は、令和5年4月1日にグランドオープンする株式会社 湯村温泉 緑
屋に熱電発電を利用した温泉発電システムを設置し実証試験を開始。新規
ブランド旅館の株式会社湯村温泉 緑屋（本社：兵庫県美方郡新温泉町湯
1326）のご協力を得て旅館の温泉を使用した温泉発電実証試験を開始する。

　

「カーボンニュートラルを実現する企業」「顧客に喜ばれ選ばれ続ける企
業」の企業ビジョンのもと新たなエネルギー変換技術・製造業×ITなど新
規ビジネスに挑戦。熱電発電は、熱電素子に温度差を与え、熱エネルギー
を電力に変換するゼーペック効果を用いた発電方式のこと。熱電モジュー
ルの両面に温度差を与え、熱エネルギーを直接電力として取り出す。ティ
ラドが開発した熱電発電システムは、熱電モジュールを200枚使用し夏場
の90度の温泉と、25度の冷却水の温度差65度利用し、約100Wの発電が可能。
実証試験では、この温泉発電器１台を使用し、発電した電力は12Vの蓄電
池に充電。この電力はAC100Vインバーターによりディスプレイなどの電力
機器に使用する。



出典：ティラド　熱電発電システムの概要

ティラド温泉発電システムは、ティラドが培った熱交換技術により高効率
でコンパクトな温泉発電器を搭載。開発中の温泉発電器は、熱電モジュー
ルを200枚（※1）使用し、温水層－熱電モジュール－冷水層の積層構造と
することでコンパクト化を図っている。
温泉発電器1台で、温度差65℃により約100Wの発電が可能。 本技術は温泉
のみならず、100℃以下の各種冷却水等からの排熱回収に展開可能な技術
であり、データモニターの技術はいろいろな分野のモニター技術として利
用可能となっている。
＜温泉熱電発電コンセプト＞
ティラドの温泉発電では、高温の温泉水を、河川や井水を冷却水として使
い発電する構想。 適温に冷却された温泉は、浴用などの給湯や、空調など
に使用。
＜温泉熱のポテンシャル＞
湯村温泉の総湯量（2300L／min）を仮に全量90℃としたとき、ティラド温
泉発電器を複数連結したシステムによる発電出力は90kW（※3）となり、
CO2換算で年間1.1万トンの削減が可能す。小出力の場合でも無騒音で24時
間発電可能なことから、バッテリーなどへの蓄電により非常用電源化も可
能。
※1：熱電モジュールは市販品を使用
※2：湯村温泉の源泉「荒湯」の夏場（温泉90℃－冷却水25℃）に相当す
　 る温度差
※3：同社試算値
※4：東京電力公開の2023年CO2換算係数（4.57kg/kWh）による。

【関連特許技術】
※ 特開2011-166925 排熱エネルギ変換装置 株式会社ティラド
【要約】
図２のごとく、第１チューブ１と第２チューブ２とを山形に曲折するとと
もに、第１チューブ１と第２チューブ２との間に偏平な第３チューブ３を
配置し、かつその第３チューブ３と第１チューブ１および、第２チューブ
２との間に偏平な熱伝変換素子４を介装する。そして、第１チューブ１外
周に整合する圧着プレート7ａと第２チューブ２内周に整合するくさび体
７との間をそれぞれの頂部を貫通する締結ボルト８によって、互いに圧接
する方向へ一体的に締結固定することで、高温ガスと低温冷媒との間の
温度差を電気エネルギに変換する熱変換素子を用いた排熱エネルギ変換装
置において、高温ガス流通の第１チューブと低温ガス流通の第２チューブ
と伝熱変換素子とを簡単な構成で均一かつ確実に密着固定することができ
る構造の装置を提供する。

【符号の説明】 　１　第１チューブ　２　第２チューブ　３　第３チュー
ブ　４　熱伝変換 素子　６　ヘッダプレート　6a 挿 通 孔　７　さび体
　7a 圧 着 プ レ ー ト ８　締結ボルト　９　排ガス　10 冷 媒　11 ヘ
ッ ダ 本 体　12 パ イ プ

✔　熱交換工学もわたしの専門分野であるが、材質選択、ステンレス、チ
タン、タングステン、ジルコニウムなど水質・温度・流速・圧力などの説
明要因を定義づけ作業が重要。勿論、熱電変換素子の素材選択がコアにな
る。

１滴の溶液と１分の時間でナノシート膜を自動製膜
専門的な知識や技術は不要
4月11日、名古屋大学未来材料・システム研究所らの研究グループは、酸
化物やグラフェンといった二次元物質（ナノシート）を用い、薄膜を高速
に作製する方法を開発。この技術を用いると、1滴の溶液と1分程度の時間
で、さまざまな形状、サイズの基材上にナノシート膜の製膜が可能。エタ
ノールを1～2％添加した希薄コロイド水溶液で実現 ナノシートは、電子・
イオン移動度や誘電性、透明性、耐熱性などに優れており、その応用が期
待されている。このためには、基材の表面にナノシート膜を秩序正しく配
列させる必要がある。ところが、従来の「ラングミュア・ブロジェット」
方法は、条件設定や操作が難しく専門的な知識や技術が必要で、製膜時間
も1層で約1時間を要するなど、本格的な実用化に向けては課題があったと
いう。研究グループは今回、自動ピペットを用い酸化物やグラフェン、窒
化ホウ素といったナノシートのコロイド溶液を、基板に1滴落とした後、こ
れを吸引するという手法を用いた。この結果、ナノシート同士が隙間なく
秩序正しく配列。しかも、わずか約1分という極めて短い時間で、単層膜
の自動製膜に成功したという。実験結果から、エタノールを1～2％添加し
た希薄コロイド水溶液（濃度は0.02～0.05g/L）を用いた時が、最も良い
結果が得られたという。また、製膜も工程を繰り返し行うことで、多層膜
を作製することが可能なことも確認した。研究グループによれば、ワンク
リックで、4インチウエハーへの製膜や、小数ロットのオンデマンド自動
製膜などが可能だという。


図．上段（a）は自動製膜装置の全体写真、中段（b）は自動製膜装置によ
る製膜工程、下段（c）は1インチシリコン基板上に製膜したナノシート単
層膜の光学写真と原子間力顕微鏡像 出所：名古屋大学

【成果及び展望】
エタノールを1～2％添加した希薄コロイド水溶液（濃度は0.02～0.05g/L）
を用いた時が、最も良い結果が得られたという。また、製膜も工程を繰り
返し行うことで、多層膜を作製することが可能なことも確認した。研究グ
ループによれば、ワンクリックで、4インチウエハーへの製膜や、小数ロッ
トのオンデマンド自動製膜などが可能。


図１a 無色ポリイミド(CPI)フィルムとフレキシブル水素化アモルファス
シリコン(a-Si:H)太陽電池の概略作製

❏ 柔軟にして透明な薄膜光散乱太陽電池の両面作製と最適化
韓国の科学者は、平均可視透過率 (AVT) が 88.3％の柔軟で透明な太陽電
池を開発。また、両面操作の最適化に n 型リア ウィンドウ レイヤーを
作製した。
【要約】
柔軟で透明な薄膜シリコン太陽電池が製造され、建材一体型太陽光発電お
よび両面操作用に最適化する。レーザーリフトオフ法は、光散乱構造を無
色ポリイミド基板に転写する際の熱損傷を回避し、正面入射光電流を高め
るとともに、光損失を低減し、後方入射の電子輸送を容易にし、両面操作
中の性能を向上せしめ、デュアル n型リアウィンドウ層を導入。ウィンド
ウ層導入により、リアからフロントへの電力変換効率比は～86%に向上。
１sunと0.3sunの前後放射照度で最適化された両面電力変換効率は 6.15%、
500〜800nm以内の平均透過率は36.9%に等しくなる。さらに、レーザーリ
フトオフを使用して製造された柔軟で透明な太陽電池は、良好な機械的信
頼性(すなわち、曲げ半径500mmで6サイクルの持続)を示し、建材一体型太
陽光発電に適用可。


図１b.　作製した太陽電池におけるp-i-n a-Si:Hの断面走査型電子顕微鏡
像と模式的な層状構造(厚さ)は、スケールバーが1μm）。

【概説】
太陽光発電(PV)エネルギーは経済的に実現可能であることが証明されてお
り、現在最大の市場シェアを持っています。現代社会で最も一般的に使用
されているエネルギー形態である電気は、送電時の最も高いエネルギー損
失となっている。ビル一体型太陽光発電(BIPV)は、ビルの屋上、外壁、窓
に一体化して直接エネルギー供給を確保できるため、効率的な電源となる。
さらに、BIPV技術に基づく両面ソーラーモジュールは、PV発電所用の垂直
両面モジュールや防音壁などの潜在的な用途を見出し、従来の傾斜モジュ
ールの発電特性を補完できる。農業用または温室に設置された透明な両面
モジュールは、作物と電気を同時に生産できる。現代の建物の外装は、さ
まざまな美的デザインに従い湾曲したガラス表面を備えている。BIPVシス
テムには、柔軟または曲げ可能な透明太陽電池(TSC)が必要とする。

ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレン2,6-ナフタレート)、無色
ポリイミド(CPI)などの各種高分子材料の柔軟で曲げ可能な太陽電池の基板
として使用されている。ポリマー基板の中でも、CPIは、融点とガラス転移
温度が比較的高く、熱処理後も保持される優れた機械的および光学的特性
により、フレキシブル太陽電池に広く使用されている。柔軟なTSCは、銅イ
ンジウムガリウムセレン化物(CIGS)、色素増感、有機、ペロブスカイト太
陽電池、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)などの薄膜材料を使用して
構築できる。その中で a-Si:Hは、太陽電池の安定性、非毒性、低コスト、
および大規模生産への適合性という利点を提供。特に、a-Si:H層は、CPI基
板によって許容される温度でプラズマ増強化学気相成長(PECVD)を使用し
て堆積できる。一方、a-Si:Hの高い可視光吸収係数21室内光を利用した効
率的な発電が可能である。これまでに報告されているa-Si:Hベースの太陽
電池は、不透明または透明に分類できる。不透明セルの場合、電力変換効
率(PCE)を10.2%に安定化(シングルジャンクション構造および14.0%(トリプ
ルジャンクション構造が報告されているが、PCE平均透過率(Ｔ平均)6.9%〜
23.6%のペアおよび3.4%〜33.0%透明セルについて報告されている。
シングルを備えた柔軟な薄膜不透明シリコン太陽電池タンデム構造PEN基板
上では、PCE–Tでそれぞれ8.8%のPCEおよび9.8%の安定化PCEが示されている。
平均カプトンに基づく透明セルについて報告された3.0%〜40%および4.93%〜
34.2%のペアおよびPEN基板がそれぞれ報告されている。

CPI基板上に高性能フレキシブルTSCを製造するには、いくつかの技術的問
題を解決する必要がある。薄膜太陽電池の光吸収能力は、一般に光散乱構
造を用いて高めることができるが、フレキシブル基板上には形成が難しい。
CPI基板は熱膨張により表面応力が発生しやすいため、光散乱(テクスチャ
構造)などの凹凸のある表面にa-Si:H吸収層を作成すると、欠陥形成が促進
される傾向がある。さらに、TSCは両面モードで操作できますが7.29すなわ
ち、前面入射光と背面入射光の両方使用し発電でき、ほとんどの薄膜TSCは
前面入射用に最適化されており、前面入射と後方入射PCEの間に大きな違い
がある。

ここでは、BIPVシステムに適した超薄型(~20μm)の柔軟な透明a-Si:H太陽
電池を作製した（図.提案素子はCPI基板表面に光散乱構造を集積した.薄膜
太陽電池には、前面電極テクスチャリング、基板上への光学構造インプリ
ント、銀ナノワイヤメッシュ、複製を用いた光散乱構造転写など、さまざ
まな光散乱技術を使用できる。これらの方法の中で、レーザーリフトオフ
(LLO)転写は、熱的または化学的影響に対する感受性が低く、その結果、フ
レキシブル基板への適用が容易なこと配慮し選択。アルミニウムドープ酸
化亜鉛(AZO)のエッチング時間を調整して作製した光散乱構造をCPI基板に
転写し、平坦な基板表面に透明なa-Si:H太陽電池を集積。光散乱構造の反
対側の面にセルを作製することで、光散乱特性を利用し、a-Si:H堆積中に
誘発される表面応力を低減することにより、セル内の欠陥数を減らせる。
また、後方入射時の光損失を低減するためにn型後面層を導入し、光反射率
シミュレーションを用いてこの層を最適化した。n型後層のバンドギャップ
構造は、電子輸送を容易にし、したがって後部放射照度に利点生かす設計
を行っている。最後に、転写されたCPI(T-CPI)膜の形態とT-CPI系透明a-Si
:H太陽電池の性能を調べ、さらに曲げ試験を用いてフレキシブル太陽電池
の機械的特性を調べた。


図２．レーザーリフトオフ(LLO)パワーによる薄膜品質の残留SiおよびZn含
有量および全透過率曲線に対するLLOパワーの影響

【結果及び考察】
光散乱構造を有するCPIフィルムの特性
CPI膜をLLO法を用いてガラス基板から分離し、それに従って犠牲a-Si:H層
を気化によってレーザーにより除去した(LLOステップ、図１.したがって、
レーザー出力を最適化して光学損失を最小限に抑える必要がある、つまり、
基板を損傷したり、a-Si:H残留物(入射光を吸収または反射して不要な光学
損失を引き起こす可能性がある)を残さずにCPIフィルムを除去する必要が
ありました。図2aは、残留元素の含有量を示す(エネルギー分散型X線分光
法を用いて測定、補足図）。分離したCPI膜の表面をLLOパワーの関数とし
て、犠牲層の除去が139.5mWで開始されたことを明らかにした。LLO出力が
139.6から401.5 mWに増加するにつれて、SiおよびZn残基の含有量はそれぞ
れ0.6〜1.6wt%および0〜0.7wt%に増加した。LLOパワーの関数としてのCPI
フィルムの全透過率を図2bに示す。139.6および196.5mWで製造されたCPI
フィルムは、比較的低い残留量を示し、400～800nmの範囲でTavg 87.9%と
88.3%を特徴とするこれらの透過率は、ソーダライムガラスの透過率と同様
であった(セントラル硝子社,Ｔavg= 89.5%)。LLO 電力が 294.2、341.1、
および 401.5 mW に増加すると、Ｔavgはそれぞれ86.3%、83.2%、75.2%に
減少。犠牲層の気化したアモルファスSiは、高LLOパワーの条件下でCPI表
面に再堆積したと仮定する。同様に、高いLLOパワーでは、AZO中のZnも気
化してCPI表面に残留物を残すことができる。196.5mWを超えるLLOパワーで
は、CPIフィルムは残留SiおよびZnのために高い光学損失を示す。したがっ
て、T-CPI基板上のT-CPIフィル
ムおよびTSCは、196.5mWのLLO電力で製造
した。

図３．転写されたCPI(T-CPI)の構造的および光学的特性
a.手付かずのエッチングされたAZOを使用して調製された、手付かずのエッ
チングされたアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)表面およびT-CPIフィルム
表面の電界放出型走査電子顕微鏡画像(10μm×10μm)、スケールバーは
1μm。
b 表面形態を転写するために異なるAZOエッチング時間を使用して調製され
たT-CPIフィルムのラインスキャンプロファイル。
c 各T-CPIの横方向の移されたクレーターサイズのガウス分布。d異なるエ
ッチング時間を用いて作製したT−CPIフィルムの全透過率曲線およびe波長
依存の光学ヘイズ。

電界放出型走査電子顕微鏡像を図3に示す。図2aは、ウェットエッチングの
有 無にかかわらず作製したAZOおよびCPIの表面形態を示し、AZO表面構造
がCPI に良好に転写されていることを明らかにした。特に、AZOの表面は、
エッチン グによってクレーターが形成されるため、粗くなる。エッチング
を用いて作製したT-CPIでは、凸凹面とエッチングしたAZO面でのクレータ
ーの転写を観察。このT-CPIの表面形態を、補足図の原子間力顕微鏡画像
から得られた表面線走 査プロファイルと横サイズ分布を用いて定量的に解
析。 図2bは、山と谷の全 体的な高さ差がエッチング時間3分まで増加し、
その後<>分で減少したことを 示す。平均二乗平均平方根粗さ(Rある)のエッ
チング時間は0、1、2、3分で、 それぞれ40.9、85.4、121.1、117.4 nmで
した(補足図3).表面クレーターの横方 向の平均サイズと分散は、エッチン
グ時間とともに増加しました(図3c). 結果 を図3に示す。図3b、cは、AZO
の<>段階ウェットエッチング機構によって説明できる。このメカニズムに
よれば、エッチングはAZOの粒界(ダングリング ボンドが集中している場所)
から始まり、クレーターを形成し、その高さと幅 は時間とともに増加する。
その後、AZO分解が表面全体に関与する場合 クレ ーターの横方向のサイズ
(幅)は高さの減少とともに増加する。 図3dは、AZOエッチング時間の 関数
としてのT−CPI膜の全透過率を示す。Za 平均400、800、0、および1分で2〜3
nmの範囲で、それぞれ88.3、86.4、86.2、 および86.3%と決定されました
。したがって、エッチング時間はCPIフィルムの 透過率、ひいては光学損
失に大きな影響を与えず、さらに、透過率損失が小さ いことは、LLOプロセ
スが熱的または化学的劣化なしにCPI基板の良好な物理的 分離を実現した
。エッチング時間400、800、0、1分における2-3nm範囲のヘ イズ値(光散乱
度)は、それぞれ1.0%、33.5、51.9%、48.6%であった(図.3e). ミュー散乱
はZ３元表面構造で起こり得るAZO表面のクレーターの高さと幅が最 も高
いヘイズ値が得られ、その結果を図3に示す。図2b–eは、エッチング時間
140分で作製したT-CPIがTSCに最も光学的に適していることを示す。さらに、
このT-CPIの生産は、140mm×4mmの寸法に拡大できる(補足図)。 フレキシ
ブル薄膜シリコンTSCの特性 T-CPI基板上にTSCを作製した(図.1)。

電流密度(J)、電圧(V)、および外部量子効率(EQE)の観点からそれらを特徴
付けました。光散乱構造を持つT-CPIの表面に調製されたTSCは、動作でき
なかったか、厳しいフィルファクタ(FF)と開回路電圧(Vティッカー)損失;
したがって、TSCは図に示すように準備する必要がありました。1a. フロン
トとリアの両方の放射照度を使用してセルのPV性能を、表１と図４に示す
詳細なPVパラメータ(平均)と比較。 CPI上に転送された光散乱構造により
、対応する短絡電流密度(Jティッカー= 9.34、9.83、および 9.37mA/cm2
エッチング時間はそれぞれ1分、2分、3分です。J–V曲線)は平面CPI(9.15mA
/cm2)を上回ったエッチングなし;J–V曲線)、対応するVティッカーFF値は
同様でした。図3の結果から予想通り。図2において、<>分で最も高い性能
が得られ、その場合、光散乱により光発生電流が最大限に向上した。EQEデ
ータはまた、T-CPIの光散乱特性が全波長範囲にわたって光吸収を改善する
ことを示しました(積分Jティッカー= 9.81、10.10、10.63、および 10.18
mA/cm2 エッチング時間はそれぞれ0、1、2、3分です)。その結果、光散乱
度が最も高いT-CPIは、前面放射照度で5.34%のPCEを示し、平面CPIのPCE
を9.7%上回りました。しかし、光散乱構造は入射光の経路を変えて吸光度
を高めるため、窓で使用すると視認性が低下する可能性がある。したがっ
て将来の作業では、PVウィンドウの効率と可視性の間の最適なトレードオ
フを確立する必要がある。
前述のように、TSCは両面構造であるため、前後の両方から光を受けること
で発電することができます。この機能により、TSCをBIPVウィンドウとして
使用する場合は屋外の太陽光と屋内の光源の両方を利用することができ、
TSCをBIPV垂直壁として使用する場合は屋外の太陽光とアルベドライトを
利用できます。したがって、背面放射照度の場合の性能も重要。


図４ 柔軟なTSC特性
a、c電流密度-電圧(J-V)曲線およびb、d外部量子効率(EQE)スペクトルおよ
び積分短絡電流密度(Jティッカー)T-CPIフィルムを使用して製造された透
明太陽電池(TSC):a、b前面およびc、d背面放射照度。

本件のセルの裏側の特性を図4に示す。cは、J–V特性を示す。観測された
Jティッカー値は後部放射照度にT-CPIを使用すると増加しましたが、後部J
ティッカー値は対応する前面の値よりも低かった(積分Jティッカー背面放
射照度:7.47、7.81、7.84、および7.78 mA/cm2エッチング時間はそれぞれ
0、1、2、3分)。特にEQEは、a-Si:H細胞が吸収して発電する＜550nmの短波
長域では低かった。

フレキシブルTSCの光学特性に及ぼす入射方向の影響
セルの背面の光学損失が低Jの主な原因であると想定されたティッカー後部
放射照度用;すなわち、後方からの反射は直接的な光電流損失をもたらすと
考えられていたが、n層での吸収は光電流に寄与しなかった。そこで、入光
方向の異なるT-CPI上でのセルの全透過率と反射率を2分間エッチングで測定
しました(図5a、b)。前後の透過率はほぼ同じであったが、後方の反射率が
<600nmの短波長範囲で前面の反射率を上回り、Jが低下する。


図５．エッチング時間2分でT-CPIフィルム上に作製したTSCの透過率とb反
射率スペクトル(前面および背面放射照度)。 cT-CPIで作成されたTSCのシ
ミュレーションおよびd実験的な裏側反射スペクトル。実験スペクトルは、
2分のエッチング時間と<>つの異なる構造(C0.6、C1.8、および C0.6/C1.8
)のn型水素化微結晶シリコン酸化物(n-μc-SiO)x:H)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく
【関連論文】
Title：Flexible and transparent thin-film light-scattering photovoltaics about fabric-
ation and optimization for bifacial operation
npj Flexible Electronics (2023) 7:17 ; https://doi.org/10.1038/s41528-023-00251-6

風蕭々と碧い時代


Jhon Lennon Imagine

【J-POPの系譜を探る：1981年代】



曲名：セカンド・ラブ　1982年11月　　唄：中森 明菜　アイドル歌謡曲
作詞・作曲：来生えつこ・来生たかお

恋も二度目なら少しは上手(じょうず)に
愛のメッセージ伝えたい

あなたのセーター袖口つまんで
うつむくだけなんて

帰リたくないそばにいたいの
そのひとことが言えない

抱合あげてつれてって時間ごと
とこかへ運んでほしい
せつなさのスピードは高まって
とまとうばかりの私

恋も二度目なら少しは器用に
甘いささやきに応えたい

前髪を少し直すふりをして
うつむ<だけなんて

舗道に伸びたあなたの影を
勤かぬように止めたい

抱合あげて時間ごと体ごと
私をさらってほしい
せつなさがクロスするさよならに
追いかけられるのイヤよ

抱合あげてつれてって時間ごと
とこかへ運んでほしい
せつなさはモノローグ胸の中
とまどうばかりの私

「セカンド・ラブ」は、中森明菜の楽曲。彼女の3枚目のシングルとして、
1982年11月10日にワーナー・パイオニア（現：ワーナーミュージック・ジャ
パン）よりリリース1983年3月23日発売のスタジオ・アルバム『ファンタジ
ー〈幻想曲〉』からの先行シングルとして、1982年11月10日にシングル・
レコード (EP: L-1620)で発売された。シングル・レコードのライナーノー
ツには本曲の楽譜が掲載された。この楽曲は、デビュー曲「スローモーシ
ョン」と同じく来生えつこ・来生たかお姉弟作詞・作曲のバラード曲で、
萩田光雄が編曲を手掛けた。プロデュースは前作「少女A」に続いて小田洋
雄が担当した。 楽曲自体は、もともとは大橋純子への提供予定曲であった。
来生が1981年に大橋に提供した「シルエット・ロマンス」がヒットしたこ
とから、楽曲提供依頼が再度あると見越して制作・ストックされて
いた。しかし、このサードシングルについては前作『少女A』のヒットによ
って大モメになった経緯がある。中森は、この楽曲に深く感動し、繊細な
歌詞とメロディに心を揺さぶられるあまり、自身が歌うべきなのか？ また、
他の歌手が歌唱しても大ヒットする楽曲との確信から、ヒットしなかった
らこの曲に対し申し訳無い気持ちであったと明かしている オリコンの集計
によれば、中森のシングル曲のうち本曲は最大の売上枚数を記録している
作品で、2位は「ミ・アモーレ〔Meu amor é･･･〕」、3位は「飾りじゃない
のよ涙は」。