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

氷の湖とタンデムソーラー

2019年08月09日 | 環境工学システム論

  

                                                                                                          

6.雍 也 ようや
ことば--------------------------------------------------------------
力足らざる者は、中道にして廃す。いまなんじは画(かぎ)れり」(12)
「質、文に勝てば野。文、質に勝てば史。文質彬彬(びんびん)として然る
後に君子」(18)
「人の生くるや直し。これなくして生くるは、幸いにして免るるなり(19)
「これを知る者はこれを好む者にしかず。これを好む者はこれを楽しむ者
にしかず」(20)
「知者は水を楽しみ、仁者は山を楽しむ」(23)
--------------------------------------------------------------------
19 人の生きる道は、本来、まっすぐなものだ。曲がった生き方があると
しても、それは偶然の結果である。(孔子)

子曰、人之生也直、罔之生也、幸而免。

Confucius said, "Life must be straight. If you can live a warped life,
you are only lucky."


福島第1原発2号機 溶融燃料搬出

8月8日 東京電力福島第1原発1~3号機で溶け落ちた核燃料(デブリ)に
ついて、原子力損害賠償・廃炉等支援機構(NDF)は、2号機から取り出し始
めるよう政府に提言する方向で調整していることを明らかにした。
作業現場
の線量や原子炉内部の調査状況などから、2号機が最適だと判断。
東電は2018
年1月、2号機の格納容器底部でデブリとみられる堆積物を確認。19年2月に
は小石状の堆積物をつかんで動かしており、1、3号機と比べ調査が進んでい
る。19年度後半に改めて2号機の内部調査を行い、サンプル採取を目指す方
針。


 

【ポストエネルギー革命序論35】



インテル、ノートPC用プロセッサー「Ice Lake」11

8月1日、Ice Lakeは、Intelの第10世代「Core」プロセッサが公表された。
今回は11製品が発表されたが、いずれもノートPC向けである。Wi-Fi 6と
Thunderbolt 3に対応し、現行チップの2倍となる最大64個のGPU実行エ
ンジンをサポートする。熱設計電力(TDP)は、14nm世代チップの35Wに比
べ、9~28Wに抑えられている。Intelによれば1サイクル当たりの命令処理
数は前世代に比べて18%改善する。動作周波数は14nmプロセスのチップ
よりも低い。Ice Lakeはディープラーニングの推論を加速する拡張命令をサ
ポートする他、音声処理やノイズ抑制などのバックグラウンドのワークロー
ドを超低消費電力で処理しバッテリー寿命を最大化する専用エンジン「Gau-
ssian & Neural Accelerator(GNA)」を実装。PCMagのレビューでは、「新
しいCPUは、一刻も早く新しいノートPCを購入したくなる! という熱烈な欲
求を生じさせるものでない、反面オンボードグラフィックス機能については
大幅な向上をもたらすだろう」と評価する。
尚、今回発表したチップは、Intelが2018年後半に出荷を目指していたもの。

 

  

19.9%の効率で超薄型GaAs太陽電池

8月1日、ドイツのフラウンホーファーISEらの研究グループは、厚さ205ナ
ノメートルのヒ化ガリウム(GaAs)で作られた極薄吸収層とナノ構造のバッ
クミラーを使用し、新しい製造プロセスを開発。 いわゆるⅢ-Vに属する元
素の化合物であるガリウムヒ素(GaAs)に基づく19.9%の効率超薄型太
陽電池。指針となるアイデアは、ナノ構造のバックミラーを考案して、ファ
ブリペローとガイドモード共振として識別される、太陽電池に複数の重複す
る共振を作製する。これらの共鳴は、光をより長い時間吸収体に閉じ込める。
同時に、光吸収を改善し、可視から赤外までの太陽スペクトルに適合する広
いスペクトル範囲にわたり強化。銀のバックミラーは、二酸化チタンのゾル
ゲル誘導膜の適用により、ソフトナノインプリントリソグラフィによってナ
ノメートルスケールで製造。ナノメートルスケールでパターン化されたミラ
ー製造制御がプロジェクトの鍵である。また、このセル技術は短期的には2
5%の効率に達し。効率を損なうことなくセルの厚さをさらに薄くできると
考えている。

 


ペロブスカイト半導体の発光量子効率計測に成功 


ハライド系有機-無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体の発光量子効率
を 全方位フォトルミネセンス法にて計測。発光効率の低下要因が、有機カ
チオンの抜け(A サイトの空孔)にあることを 特定。太陽電池や発光ダイ
オードの高性能化はもちろん、発光冷却素子実現に向け て計測技術が進化。 
京都大学化学研究所の金光義彦教授らの研究グループは、ハライド系有機-
無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体 (CH3NH3PbBr3)の発光量子効率
計測に成功。照明や通信、太陽光発電などの光応用分野においては、電気・
光エネルギーを相互に変換する発光ダイオード(LED)やレーザダイオード
太陽電池の高効率化が不可欠です。現在、これらのデバイスは用途に応じて
様々な半導体材料を用いて製造されている。半導体材料の一つであるハロゲ
ン化金属ペロブスカイトは結晶欠陥が生じにくい性質を持っており、高効率
な太陽電池材料として知られている。一方、欠陥が少ないという性質は、光
を電気に変える太陽電池の逆、つまり電気を光に変える発光素子としても魅
力的で、ペロブスカイト半導体を用いたLEDの開発も進んでいる。 光と電気
を相互に変換する際、材料の性能を表す物理量の一つに内部量子効率(IQE
があるが、一般的に直接計測が難しいという問題があった。そこで、励起さ
れた結晶の発光のうち、不透明領域の波長の光(緑色)が結晶の上方にのみ
放射される性質を利用して、ペロブスカイト半導体のIQEを実験的に計測す
ることに成功。その結果、IQEは少なくとも62.5%に達することを見出し、
さらに、メチルアンモニウム(CH3NH3)イオンの過不足によってIQEが大き
く変動することを見出す。この究の成果は、ペロブスカイト半導体の太陽電
池やLEDの開発および機能向上に役立つほか、半導体発光冷却素子のような
ユニーク な応用にもつながると期待されている。

変換効率は24.2%に到達し、これは一般に普及しているシリコン太陽電
池(26.6%)に肉薄する高い値。ペロブスカイト半導体が、結晶欠陥の生成
や不純 物の混入が起こりにくい、デバイス特性の低下につながりにくいと
特徴により、これがペロブスカイト太陽電池の高い効率につながっていると
考えられている。ペロブスカイト半導体は太陽電池に限らず発光ダイオード
やレーザダイオード、光検出器など様々な光デバイスへの応用が期待されて
いる。さらなる高品質化のため材料品質を左右する要因の特定や定量といっ
た評価が不可欠となる。結晶品質を表す指標の発光内部量子効率(Internal
Quantum Efficiency: IQE)は、しかしながら、ペロブスカイト半導体に残
留するわずかな欠陥が致命的になる。しかしIQEは一般的に、直接計測が難
く、ほとんどの場合は数理モデル解析により推定が試みられてきた。 同グ
ループは、全方位フォトルミネセンス( Omnidirectional 1 橙色フィルタ
(c) (a) (b) 緑色フィルタ フィルタなし 励起点 photoluminescence: ODPL
)法を用い、IQEの実験的な計測に成功。ODPL法は、不透明領域の波長の光
が結晶の上方にのみ放射される性質を利用してIQEを計測する手法。その結
果、IQEは少なくとも62.5%に達することを、さらに、CH3NH3イオンの
不足によりIQEが大きく変動
することを発見する。



今回着目しているペロブスカイト半導体は直接遷移型半導体と呼ばれ、外部
から励起を受けると特有の光を放出。この時、結晶欠陥の少ない結晶ほど強
く発光するため、発光効率は結晶の品質(欠陥量)を直接反映する。ペロブ
スカイト半導体(CH3NH3PbBr3)の発光分光計測を行うと、図(a)のように光
の波長もしくはエネルギー(光の色に相当)ごとの光強度(発光スペクトル)
を知ることができる。発光分光計測の一般的な実験配置図を図(b)に示す。
このような実験配置では、結晶の上方(結晶が外部励起された側の表面方向)
へ放射された発光の一部だけが検出されるため、測定誤差となる。この解決
法として、結晶から放出された光を全方位に渡って集めることで図(c)に示
すような発光スペクトルや発光量、効率を絶対測定する方法に着目。 図(a)
と図(c)に示す発光スペクトルを比べると、その形状が異なる。これは、結
晶から放射される光の方向が、ある光のエネルギー(この場合は2.21電子ボ
ルトよりも大きなエネルギー領域(目には緑色に見える)と小さなエネルギ
ー領域 (目には橙色に見える)とで異なることを意味する。このように光
放射方向がエネルギーに対して依存性を持つことは、IQEの計測を困難にす
る原因になる。ここで 2.21電子ボルトは結晶の基礎吸収端エネルギーと呼
ばれ、このエネルギーより大きなエネルギーの光は結晶に完全に吸収される
(結晶の厚みが十分大きな場合)。

したがって、緑色の光は結晶の上方にのみ放射され、その放射パターンや結
晶から光が脱出する確率は結晶と空気の屈折率だけで決まります。一方、基
礎吸収端エネルギーより小さなエネルギーの光(目には橙色に見える)は結
晶の中を伝搬が可能で、参考画像(b)にも見える通り、励起点だけでなく結
晶のあらゆる位置から放射され、結晶全体が輝いて見える。この結果、橙色
の光の放射パターンや結晶から光が脱出する確率は、結晶品質と無関係な結
晶の形状やサイズにも依存する。光が脱出する確率が簡単な計算によりて求
められる緑色光を主に計測する図(b)の計測系と、全方位に渡って光を集め
ることができる図(d)の計測系とを組み合わせるODPL計測法を用いることに
より、結晶のIQE を計測することに成功。その結果、ペロブスカイト半導体
(CH3NH3PbBr3)のIQEは少なくとも62.5%に達するCH3NH3イオンの過不足に
よってIQEが大きく変動する。



「まばたき」する人工眼

8月5日、ペンシルバニア大学の研究グループは、まばたきする人工眼の作
製に成功したことを公表。つまり、潜在意識によるまばたきが目の潤いを保
つのに役立ち、目の表面に薄い膜が形成され、目が乾かないようになってい
るこの動作を模倣するために、生体機能チップとオルガノイド(3次元的に
試験管内でつくられた臓器)で、国際宇宙ステーション(ISS)で現在試験
中の胎盤チップや肺チップをこれまでの経験を応用。人工眼は、10セント硬
貨のサイズの透明な八角形のチップに収められている。チップの中央にはコ
ンタクトレンズのような形状の台があり、目の表面にある角膜と結膜の細胞
がその中に収められている。このチップの「まぶた」は長方形のゼラチンで、
台の上をスライドしてまばたきを模倣する。眼の上部を取り囲んでいる小さ
な溝には人工的な涙を注入。エンジニアリングの観点から述べると、人間の
目がまばたきをする動的環境を模倣。涙液膜の模倣に成功により、水分の不
足が目のかゆみや炎症を引き起こすドライアイ疾患(DED)が模倣できた。



チップ内でDEDを誘発するために、研究チームは人工的なまばたきの回数を1
分間に12回から6回に抑えた。これにより涙の量が大幅に減ったという。
チームは次に治験薬を試し、DEDで通常見られる炎症が一部軽減を確認。これ
で、炎症が軽減した仕組みは完全解明されたわけではないが、潤滑性の改善
または特定の分子が炎症プロセスを開始するのを阻むことに起因する可能性
がある。縮小モデルの人工眼には、人間の目の細胞や組織が全て含まれてお
らず。血管や神経、目が通常備えている免疫細胞が不足している。ドライア
イなどの疾患では、疾患の兆候がどのように現れるかを見極めるうえで免疫
反応が重要な役割を果たす。また、同研究グループは他の課題───例えば、
涙の生成および目が生身の人間の生理系と相互作用する仕組みの模倣確立で
きていない───を挙げいる。チップ内の人工眼のプラットフォームが今後
さらに進化し、医薬品のスクリーニング以外にもコンタクトレンズの検査や
目の手術など、さまざまな用途に使われていくことに期待する。

 

ペロブスカイト・オン・シリコンタンデム耐用電池量産化へ

オックスフォードPV、Meyer Burger社に100MWの製造ライン発注

8月8日、英国とドイツのペロブスカイトの新興企業は、スイスのPV機器サプラ
イヤーにターンキー100MWシリコンヘテロ接合太陽電池ラインを発注(取引の条
件は不詳)。オックスフォードPV社は、ドイツのブランデンブルク・アン・デア・
ハーフェルにある工業用化合物量産準備の、ターンキー100MWシリコンヘテロ接
合製造ライン向けMeyer Burger社の一連の装置を発注。同社は、ペロブスカイト
の生産設備と併行で発注する。電子メール声明では、ブランデンブルク・アン・
デア・ハヴェルの100MWのセルラインにこの補助装置を統合予定。2020年末まで
に250MWの完全ラインのペロブスカイトオンシリコンタンデム太陽電池の製造を
開始する。

オックスフォードPV社は、世界初のペロブスカイト・オン・シリコンタンデ
ム太陽電池メーカとなる。Meyer Burger社の知財に基きペロブスカイトオン
シリコンタンデム型太陽電池の市場投入まで時間短縮させると話す。同社は、
今後数ヶ月にわたって段階的にMeyer Burger社に新しい装置を継続発注し
続けると述べた。今後の注文には、2番目のシリコンヘテロ接合太陽電池ラ
インと関連するペロブスカイトトップセル生産設備が含まれる。7月、オッ
クスフォードPV社───2010年にオックスフォード大学からスピンオフされ
たペロブスカイトソーラー会社───は、シリーズDの資金調達ラウンド終
了後、6500万ポンド(8180万ドル,83億5,890万円)を調達。Meyer Buger社か
らの機器注文は、3月に双方が署名した戦略的パートナーシップによる。両
社は、これによりシリコンヘテロ接合(HJT)タンデムセルでのペロブスカイ
トの大量生産を加速させたい意向。

 

  Love Story Henry Mancini
"Love means never having to say you're sorry."
 愛があれば後悔することはない。

   

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