EE Times Japan『エネルギー技術』

宇宙空間に太陽電池を設置し、マイクロ波で地上に送電する。そうすれば天候に左右されることなく、24時間、安定した太陽光発電が可能だ――。京都大学の篠原真殻教授が、“エネルギーに困らない社会”を目指す、壮大な「宇宙太陽発電所（SPS）構想」を語った。

欧州のプロジェクト「Sharc25」では、単接合型の薄膜CIGS太陽電池で変換効率25％を目指している。変換効率では、まだシリコン系太陽電池にはかなわない化合物系太陽電池だが、Sharc25に資金を投入するスイスの研究所は、その将来性を見込んで積極的に投資していくという。

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター創発分子機能研究グループの尾坂上級研究員らによる共同研究チームは、半導体ポリマーを塗布して製造する有機薄膜太陽電池（OPV）で、エネルギー変換効率10％を達成した。同時に、変換効率を向上させるための分子構造や物性、分子配向と素子構造の関係などについても解明した。

米スタンフォード大学が、1秒間で再充電できる、フレキシブルなアルミニウム電池を試作した。正極（アノード）にアルミニウム箔、負極（カソード）にグラファイトフォーム（黒鉛泡）、電解液に液体塩を用いている。7500回充放電しても電池容量が著しく低下することはないという。

IBM Canadaの研究センターは、あらゆる物の表面に噴霧可能な“スプレー式”太陽電池の開発に取り組んでいる。コロイド状の量子ドットを1成分とするスプレー式太陽電池を実用化できる可能性が出てきた。

韓国電気研究院（The Korea Electrotechnology Research Institute）は2014年8月、「布状の色素増感型太陽電池」を開発したと発表した。

理化学研究所と東京大学は、光の照射によって相移転を起こす強相関電子系酸化物と半導体を接合した太陽電池を試作するとともに、その接合界面の近いところで相競合状態を誘起することに成功し、磁場によって太陽電池の光電変換効率を向上させることが可能であることを発見した。

理化学研究所（理研）と東京大学は、中性の水を分解して電子を取り出すことができる「人工マンガン触媒」を開発した。今回の研究成果は、中性の水を電子源とした水素あるいは低環境負荷の有機燃料の製造につながると期待されている。

リコーは、電解質を固体材料のみで構成した色素増感太陽電池の開発に成功した。液体の電解質を用いた従来技術で課題となっていた安全性や耐久性を改善しつつ、発電効率はアモルファスシリコン太陽電池の2倍以上を達成した。環境発電（エネルギーハーベスト）用素子として、ネットワークセンサーなどの自立型電源用途に向ける。

カシオ計算機のフラッグシップモデル腕時計の1つである「OCEANUS」（オシアナス）の新製品は技術的特長の1つとして、“新開発ソーラー”をうたう。発電効率を高めることが難しい中で、発電能力を大幅に高めることに成功した“新開発ソーラー”はどのようなものか、開発者の話も交えて紹介する。

半導体エネルギー研究所（SEL）が、“曲がるリチウムイオン二次電池”を展示した。容量は300mAhほどだが、手首に巻き付けられるくらいに曲げることができる。実用化するには、まずは安全性を高めたいとしている。

村田製作所は、「TECHNO-FRONTIER 2013」（テクノフロンティア2013、2013年7月17〜19日）において、室内の照明で発電する光発電と無線ネットワークを活用した“見守りシステム”のデモを行った。色素増感作用を用いて、「室内の明かりで発電できる点がポイント」だと強調する。

2013年7月、General Motorsとホンダが燃料電池車の共同開発を発表した。その半年前となる1月には、日産、ダイムラー、フォードも燃料電池車の開発で協業すると発表している。今後ますます厳しくなる自動車の排出ガス基準に対応すべく、燃料電池車への注目が再び高まっている。

ロームと燃料電池開発ベンチャーのアクアフェアリー、京都大学は、固体水素源を用いた燃料電池の実用化に向けた実証試験を開始すると発表した。国内企業から成る開発アライアンスを構成し、同燃料電池を使った非常用電源装置のプロトタイプ機を2013年秋に製作する予定。その後、京都市など自治体の協力を得て、実証試験を行い、2015年の事業化を目指す。

ルネサス エレクトロニクスは、電波エネルギーから電気エネルギーを取り出し、マイコンや温度センサーを駆動させるシステムを開発した。0.2Vという低電圧を昇圧する技術などの技術を盛り込んだ。

横浜スマートコミュニティは、次世代住宅に向けた技術の開発、実証の場として「スマートセル」と呼ぶモデルハウスを落成した。最新のエネルギー制御システムなども導入され、未来の住宅を垣間見ることができる。

NEDOは、スペイン・マラガ市で日本製の電気自動車（EV）160台とCHAdeMO方式の急速充電器23口を配置し、「スマートコミュニティ」の実証実験を始める。この実証プロジェクトで得られた技術や成果を活用し、今後は欧州の他の国や中南米地域に対してもシステムの事業展開を行っていく。

パナソニックは、結晶シリコン系太陽電池で変換効率24.7％を達成した。「100cm2以上の実用サイズにおいて結晶シリコン系太陽電池では世界最高の変換効率である」（同社）と主張する。

マサチューセッツ工科大学、ハーバード大学らの研究グループが、哺乳類の内耳を電源として利用することで、インプラント型の電子デバイスを駆動するというデモを披露した。内耳には音を電気信号に変換するための電圧を生成する仕組みが存在する。その電力の一部を流用して、デバイスを駆動することに成功したという。

軽くて長持ちする電池が携帯型機器には必須である。そのような機器にはリチウムイオン二次電池が欠かせないが、小型軽量の燃料電池と組み合わせることで、さらに利便性が増す。燃料電池を小型軽量化する技術を紹介する。

欧州の7つの団体が、水素貯蔵技術を使ったエネルギー貯蔵施設を建設すべく、コンソーシアムを立ち上げた。再生可能エネルギー利用の促進を目指す。

オムロンなど4社は、「エレクトレット」と呼ぶ振動発電デバイスをエネルギー源に使う、センサーモジュールの販売を2012年8月に開始する。環境に存在する微弱な振動を、温度などをセンシングするエネルギー源に変えることができる。

再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度が始まり、太陽電池は激しい価格競争に入っている。このようなときこそ、太陽電池の高効率化を忘れてはならない。なぜなら、変換効率を高めることが、低システムコスト実現に役立つからだ。変換効率向上に対してどのような手法が有望で、どこまで高められるのか、解説した。

環境中から取り出せる微量のエネルギーを電力に変える環境発電技術。この環境発電技術が大きく前進しそうだ。NECと東北大学は液体材料を塗りつけて薄い膜を作り、微弱な温度差で発電することに成功した。大面積化に向き、曲面にも対応できる。開発品で利用したスピンゼーベック効果について併せて解説する。

住宅の屋根置き用途などに使われているSi（シリコン）太陽電池は、理論効率が30％以下であり、販売されている製品では20％程度である。30％を突破可能な太陽電池の方式は複数あるものの、実用化段階に入っているのは多接合太陽電池だけだ。シャープは多接合太陽電池の世界記録を達成したという。

有機薄膜太陽電池は、Si（シリコン）を使わず、2種類の有機材料を混ぜ合わせて塗るだけで発電できる。軽量であり、量産性に優れていると考えられている。しかし、何十年も先行するSi太陽電池に果たして対抗できるのだろうか。産業技術総合研究所は、有機薄膜太陽電池の製造コストを見積もり、どのような技術改良が必要なのか指針を示した。

米国の研究所が、ウイルスを利用した発電技術を開発した。実証実験では、小型の液晶ディスプレイを動作させることに成功したという。

BMWとドイツの工科大学は、軽量で安全性にも優れた電気自動車の開発を目指すプロジェクトを立ち上げた。目標とする仕様は、バッテリを除く重量が400kg、エンジン出力が15kWであるという。

実用化に向けて確実に研究が進んでいる色素増感太陽電池。今回、スイスの大学の研究グループは、高価なルテニウムの代わりに埋蔵量が豊富で安価な亜鉛を用いた色素増感太陽電池について、新たな開発手法を発表した。低コストの太陽電池の実用化を加速するとして期待されている。

現在主力のSi（シリコン）太陽電池は、変換効率を30％以上に高めることができない。変換効率40％以上を狙う技術は5種類あり、2020年以降の実用化を目指している。

Siのバンドギャップ・エネルギよりも高いエネルギを持つ光子を吸収して励起し、より低いエネルギに変換して放出する蛍光材料の研究が進んでいる。

電池の容量が動作時間を決めてしまう携帯型機器に燃料電池を内蔵できれば、市販のカートリッジから燃料を供給し続けることで、機器の動作時間を引き延ばすことが可能だ。東芝はメタノールを燃料とする「Dynario」を開発、3000台の限定販売を開始した。

キャパシタは電池とは異なる原理で電気エネルギーを蓄積する。電池に比べて寿命が長く、使用環境の制限が少ない。大容量キャパシタの用途は今後3種類に分かれる。まず、瞬間的に大電力が必要な用途、次に、二次電池と大容量キャパシタを組み合わせてそれぞれの欠点を補い合う用途、最後に二次電池の代替だ。