太陽は沈み太陽はまた昇る

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
にした部隊編成のこと）の兜（かぶと）を合体させて生まれたキ
ャラクター。愛称「ひこにゃん」

   　
　                                    

１４　憲　問　けんもん
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「士にして居を懐（お）うは、もって士となすに足らず」（３）
「貧にして怨むことなきは難く、富みて馴ることなきは易し」（11）
「古の学者はおのれのためにし、今の学者は人のためにす」（25）
「君子は、その言のその行ないに過ぐるを恥ず」（29）
「人のおのれを知らざるを患えず。おのれの能無きを患う」（32）
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４５　孔子とは幼なじみの廓劇り膝を立てた無作法な姿勢で孔子
を迎えた。孔子はかれを見るなり
「おまえはひねくれた子供であったが、大人になっても人に雄わ
れろことしかしていない。そのくせ、長生きだけは人一倍だ。お
まえみたいな奴こそ、ならず者というのだ」と、杖でかれの膝を
叩いた。

<原壌> 礼法などに無頓着な人だったらしい。母の葬儀のときに
も木に登って歌っていたと言う。
Yuan Rang had been sitting and waiting for Confucius.
Confucius said, "He was not obedient when he was a child.
He was not anything when he was an adult. He is still
living after getting old in vain. Such a person is a public
enemy." Confucius hit Yuan Rang's shin with his cane.

原壌夷俟、子曰、幼而不孫弟、長而無述焉、老而不死、是爲賊、
以杖叩其脛。

４６　闕という村の出の少年が、孔子の家の取りつぎ役をしてい
た。ある人が、孔子に向かって、その少年のことをたずねた。
「向学心にもえた少年なのですか」
「いやいや、子供のくせに大人の席についたり、年長者と肩を並
べて歩いたりするところをみると、あの少年は、向学心にもえて
いるのではなく、はやく大人に見られたいだけですよ」

闕けつ黨童子將命矣、或問之曰、益者與、子曰、吾見其居於位也、見
其與先生竝行也、非求益者也、欲速成者也。
A boy from Que Tang served Confucius anser and. Someone
asked about the boy, "Is he promising?" Confucius replied, "
I saw the boy was sitting with adults and walking with
seniors. He does not want to improve himself. He just wants
to become an adult as soon as possible."

   

❐ ポストエネルギー革命序論 227:アフターコロナ時代㊲
♘ 現代社会のリスク、エネルギー以外も「分散の時代」 　



余りにも贈与な太陽電池技術
🌣 最新高性能有機太陽電池開発
2020年11月25日、広島大学、山形大学、京都大学、千葉大学と共
同で、半導体ポリマーとフラーレン誘導体を用いた塗布型有機薄
膜太陽電池（OPV）に、少量の長波長吸収材料を加えるだけで大幅
に発電効率が向上することを発見する。OPVはプラスチック基板に
半導体ポリマーを塗って作製でき、低コスト、低環境負荷なプロ
セスであると同時に、容易に大面積化できる。また、軽量で柔軟、
透明であり、室内光下で変換効率が高い特徴を持つため、現在普
及している無機太陽電池では難しい新たな応用につながる次世代
太陽電池として注目されてきた。今回、共同研究チームは、電荷
輸送性が高い半導体ポリマーとPCBMをホスト材料に用い、第三の
半導体成分としてより長波長吸収帯を有する化合物を使用し、新
しい増感型三元系OPVの開発に取り組む。
研究で用いた半導体ポリマーは、結晶性が非常に高いため電荷輸
送性が高く、P3HTよりも高い変換効率を示すPTzBTを使用。また、
第三成分として、n型半導体として用いられる長波長の吸収帯を持
つITICという化合物を用いた。その結果、ITICの混合率が重量比
で6％（PTzBTに対して5分の1、PCBMに対して10分の1の量）のとき
に、増感型三元系OPVの変換効率が最も高くなることが分かった。
ITICは、6％の添加でPTzBTやPCBMとほぼ同じ光吸収強度、外部量
子収率となり、変換効率が1.5倍程度向上した。山形大学の研究グ
ループが分光エリプソメトリー解析の結果をもとにOPVの光学シミ
ュレーションをしたところ、ITICは光干渉効果によって少量添加
した化合物の光吸収強度が大きく増幅された。


図 1. PTzBT と PCBM を重量比 1:2 で用いた二元系 OPV と、PTz
BT、PCBM、 ITIC を重量比 1:2:0.2（ITIC の混合率は重量比 6
%）で用いた増感型三元系 OPV の 分光感度特性。増感型三元系
OPV では、ITIC は少量しか含まれないが、その吸収帯 （650〜8
00 nm）における外部量子収率は、PTzBT（420〜650 nm）や PCBM
（300〜420 nm）と同程度。三元系 OPV では、二元系 OPV に比べ
て、ITIC の波 長帯の光を余分に吸収し電流として得られるため、
変換効率が向上する。

図 2. 分光エリプソメトリー解析の結果を基にシミュレートした、
増感型三元系 OPV 断面の光吸収の分布。(a)半導体層が約 100 nm
と薄いとき。(b) 半導体層が約 400 nm と厚いとき。ITIC の吸収
帯において、吸収率が高い部分（矢印の青いスポット） は、半導
体層が薄いときは１つだが、半導体層が厚いときは３つ現れてお
り、強い光干渉効果があることが分かる。 

さらに、京都大学の研究グループが過渡分光法を用いて電荷生成
のダイナミクスを解析。少量添加した化合物は、半導体ポリマー
とフラーレン誘導体の界面に偏在しており、これによって効果的
に電荷が生成することが分かった。今回、増感型三元系OPVのホス
ト材料として、半導体層を電荷輸送性の高い半導体ポリマーで厚
膜化することで、 第三成分の光干渉効果を利用してこれまでにな
い高い増感作用が得られ、変換効率を飛躍的に向上させることに
成功した。今回の研究は、OPVのさらなる高効率化に向け、新たな
設計指針を示す重要な成果と言える。

今後は、光干渉効果を高めるため、半導体層をさらに厚膜化できる
電荷輸送性の高い半導体ポリマーの開発を進めるという。また、第
三成分に用いる材料として、より長波長吸収帯と適切なエネルギー
準位を持つ化合物の開発も進め、さらなる変換効率の向上を目指す。



図 3. 増感型三元系 OPV の半導体層における各材料の配置。ITIC
は PTzBT と PCBM との界面に偏在している。ITIC で発生したホー
ルと電子は、それぞれ PTzBT と PCBM に受け渡され、電極まで輸
送される。


図１　FAn + 1PbnX3n + 1、FAXリザーバー、Al2O3足場など、FAn + 1Pb
nX3n +1複合フィルムのコンポーネントを示す図。スケールバーは
1μm。 b複合FAn + 1PbnX3n + 1フィルムの広角X線散乱（WAXS）パター
ン。 （b）の2θ軸はCuKα（1.5406A、8.04 eV）放射を基準にして
おり、Q =4πsin（θ）/λから計算された。ここで、λは励起波長
です。（b）のバックグラウンド散乱は、Al2O3足場とガラス基板に
よって引き起こされます。 * = FA2PbX4。α-FAPbI3の参照パターン
はMaterialsDesign Group78から入手し、FA2PbI4の参照パターンは
参考文献から入手。 FA2PbBr4の参照パターンは、FA2PbI4から、Iの
代わりにBrを使用し、単位格子体積にBr / I半径比を掛けることに
よって生成された。 c FAn + 1PbnX3n +1フィルムの組成の関数として
の吸光度スペクトルとd吸光度の最大値。 dの円は、450～360 nm（n
= 1）で調整可能な強い励起子ピークに対応し、正方形は、それぞ
れ 500～390 nm（n > 1）で調整可能な吸収端に対応します。 e 湿
度にさらされたときに得られる多様な色を強調する複合FAn + 1Pbn
X 3n+1フィルムの代表的な光学写真。ジメチルスルホキシド（DMSO）
中の[PbI2] = 0.75 Mは、すべての前駆体で一定に保たれ、1.58±
0.02 μmのAl2O3足場にスピンされ、60℃10分間アニーリングされ
た。ヨウ化物（> 80％I～）または臭化物（> 67％Br）が豊富なフ
ィルムは、それぞれ > 80％または < 68％の相対湿度（RH）にさら
されると、白/透明に漂白されることに要注意。
🌣 環境温度で変色するスマートソーラーウインドウ
これは既報だが、10月16日、米国立再生可能エネルギー研究所（N
REL）が、暖かくなるとガラスの色が濃くなり、ソーラーパネルに
もなる「スマートウインドウ」の開発状況の進展について発表。窓
から差し込む太陽光によって発生する熱は、建物の冷暖房の必要性
を左右する最大の原因。米国では、住宅や商業ビルで全電力の74％、
全エネルギーの 39％が冷暖房に利用されている。これまでにも窓
の色を変えて遮光効果を高め、ビルのエネルギー使用量削減が進め
られてきていた。「サーモクロミック（熱変色性）太陽光発電」
と呼ばれる技術を用いると、暑くて晴れた日に窓のガラスが温めら
れた際、まぶしい光をブロックして不要な太陽熱を減らすためにガ
ラスの色を変化させることができる。さらに、窓ガラスの色が変化
すると、材料に使われているペロブスカイト（灰チタン石）が発電
し、窓がソーラーパネルにもなる。NRELは、太陽光によって表面が
加熱されると窓ガラスの色が暗くなるというサーモクロミックウイ
ンドウの先行研究を行っており、既に、透明な状態から赤褐色に窓
ガラスの色が変化する際に、埋め込まれたペロブスカイトが電気を
発生させることを明らかにしている。
この研究では、メタルハライドペロブスカイトの低い形成エネルギ
ーを利用して多色可逆性クロミズムを実証。無数の色への変化を可
能にする技術を開発したという。熱変色を引き起こす温度範囲は、
以前は約 65.6℃～約79.4℃だったが、35℃～約46.1℃ と日常生活
レベルに即した実用的な温度に対応し、色が変化する時間も2017年
の実証試験では３分かかっていたが、異なる化学組成と材料を使用
したところ約７秒に短縮された。研究者らは、２層のガラスの間に
薄いペロブスカイト膜を挟み、蒸気を注入。すると、蒸気が化学反
を引き起こし、ペロブスカイトが鎖状からシート状や立方体へとさ
まざまな形状に変化する。そして、このペロブスカイトの形状が変
化するにつれて色も変化するという仕組みだ。湿度を下げていくと、
ペロブスカイトは元の透明な状態に戻る。


🌣　
ペロブスカイト太陽電池上のエネルギー変換する光子を観測
これも既報であるが、米エネルギー省エイムズ研究センターの研究
チームが、１つの光子が太陽電池に入射してエネルギーに変換され
るわずか１兆分の１秒以下の瞬間を捉えることに成功した。
超高速のテラヘルツ分光器により、新しく開発された有機金属ハラ
イド系ペロブスカイト太陽電池における光子から励起子への変換現
象の定量化に成功している。研究の詳細は、6月1日に「Nature Co-
mmunications」誌にオンライン公開されている。ペロブスカイト太
陽電池はまだ新しい材料であり、構造も複雑なため、光子が電子と
空孔の対である励起子に転換するメカニズムについては詳しく解明
されていない。この材料のもつ優れた特性を理解し、制御すること
ができたら、太陽電池の性能向上への大きな力となる。励起子は電
気的に中性なので、材料の電気的状態を測定するマルチメーターで
は測定できない。そこで研究チームは、光波と電磁波の中間の波長
であるテラヘルツ波を用いて１兆分の１秒以下という分解能を実現
するテラヘルツ時間分解分光計で、光子から励起子への転換を定量
化することに成功。励起子の生成と分離だけでなく、その現象の量
子的な経路と時間間隔についても明らかにした。


🌣
イランの温室バラ栽培の「スイートスポット」
日本ではソーラーシェアリングと呼ばれ欧米では、ソーラーシェー
ドと呼ばれる----厳密に言えば、人工光植物工場と温室植物工場あ
るいは自然光温室栽培の中間領域の----農作物栽培技術（制御管理
技術として、イランのバラ栽培の最適成長条件「スイートストップ」
が決定されている（Adaptive solar shade system means horticu-
lturalists can smell the roses – pv magazine International）。

スウェーデンのイランのシラズ大学とメーラルダーレン大学の研究
グループは、温室をさまざまな構成のソーラーパネルで覆うことに
よるエネルギーと水の消費量および植物の成長への影響を解析した
結果を、学術雑誌Renewable Energyに掲載----『調整可能な太陽光
発電ブラインドシステムを備えた統合温室の熱環境評価』という論
文に掲載された。 それによると、シミュレーションソフトウェアと
実際の構造のオンサイト参照測定を使用して、イランのシラーズ地
域でバラの栽培に使用される温室でさまざまなソーラーパネルの配
置をモデル化。温室は、屋根の１メートル上に14個のチェッカーボ
ード型スタイルのPVモジュール配置で事実上覆う。構成は、屋根の
1.6％から22.4％までさまざまで、定格260 Wp、変換効率15.9％で
40から560のモジュールを展開。温室の寸法は、長さ77m、幅53m、表
面4,081m2で、屋根は7つのスパンで構成され、側溝の高さは6m。
魔法の数 研究者たちは、屋根の最大19.2％を覆うことは、作物の
照明に大きな影響を与えないと計算。その範囲で、天然ガスの消費
量は3.57％減少し、電力需要は45.5％減少し、年間のCO2排出量は
30.56kg / m2減少。ソーラートラッカーを彷彿とさせるシステムで
は、グリーンキーパーがソーラーブラインドを開閉​​して、植物の成
長や発電を改善できる。このような設定では、年間の発電量は42.7
kWh / m2でモデル化。屋上にモジュール数が最も多い構成も、自給
率が最も高い構成であり、46％であるが、セットアップにはバッテ
リはなく、自己消費率は32％に低下。屋根の被覆率が19.2％の構成
では、PVアレイのエネルギーの65.5％が系統電力に供給。モジュー
ルを「アダプティブシェーディング」として屋根の上に配置するこ
とは、目新しいことではない。多くの温室は、成長条件を最適化す
るために、しっくい、プラスチックシート、およびサーマルスクリ
ーンで覆う。参照使用されるシラーズ構造は、紫外線の約３分の１
を吸収しながら、太陽放射の87〜90％を透過させるプラスチックシ
ートを使用する。
平均的な温室の年間エネルギー需要は、冷房、暖房、照明、換気の
ために100〜300 kWh / m2。 Shiraz-Mälardalenグループは、エネ
ルギーフローの包括的な分析を実施した。屋根にモジュールがある
ため、日陰が増えると、温室のエネルギーバランスの主な要因の１
つである蒸発散量が減少する。それは空気のエンタルピーを変化さ
せ、水分量と圧力の関数として熱保持する空気能力導出する。この
研究では、PVモジュールを備えた温室と参照構造の間に有意な温度
と相対湿度の違いがないこ発見。照明に関しては、モジュールが屋
根の表面の最大17％を占めるモデル温室は、バラを全面覆蓋せず、
19.2％の屋根被覆率の構成が理想的であり、屋根スペースの19.2％
以上を占めるレイアウトでは、最適なバラの成長に十分太陽光とは
ならない。参照温室は天然ガスで加熱され、PVはモデルに違いはな
い。サーマルスクリーンは設置モジュールに道を譲らなければなら
ず、熱は急速に排出される可能性があり、夜間の暖房がさらに必要
となる。日中は一部の暖房要件を回避できるが、モジュールの部分
的遮光により適切量の湿度が優勢になり、空気エンタルピーが適正
範囲内に保たれる。


🌣 タンデムセルを下から上に評価する
ペロブスカイト-シリコンタンデムセルの最下層として機能する際
のコストと効率の両方に基づいて、複数のシリコンセルの概念を評
価、この研究は、シミュレーションと実験作業の両方に基づいて、
シリコンセルを使用したさまざまなアプローチの利点を概説し、ほ
とんどすべての場合、ペロブスカイト-シリコンタンデムセルは、
シリコンのみで達成できるよりもソーラーコストを下げる可能性が
あると結論付けている。Fraunhofer ISEの新しい研究によると、
Helmholtz Zentrum Berlinのこのようなペロブスカイトシリコンタ
ンデムセルは、長期間性能を維持できれば、これまでになく安価な
太陽光発電を生み出す可能性があります。昨年は、ペロブスカイト
薄膜で得られた印象的な成果を大規模生産に持ち込むための大規模
プロセスに焦点を当てた多くの研究が見られた。テクノロジーが大
きな市場シェアを獲得するまでにどれくらい待たなければならない
かについてはまだ多くの意見の相違があり、ペロブスカイトはPVの
将来において主要な役割を果たすことが広く期待されている。



また、この技術の最初の商業的反復はほぼ確実にタンデムセルの形
で行われ、より従来型のシリコン技術がその下に置かれる。研究コ
ミュニティの多くはペロブスカイト材料の問題を解決することに引
き続き焦点を当てているが、ドイツのフラウンホーファー太陽エネ
ルギーシステム研究所（ISE）は、ペロブスカイトとの互換性につい
てさまざまなセルタイプの性能を評価し、下のシリコンセルを調べ
ることにした。トップセルは、製造と展開のコストを抑えながら、
ソーラーからのより高いエネルギー収量への経路を特定することを
目的としている。 Progress in Photovoltaicsに掲載された、論文
「最高のシリコンボトムセルの競争：ペロブスカイト-シリコンタ
ンデム太陽電池の効率とコスト評価」に記載されている研究では、
PERC、TOPCon、ヘテロ接合の設計を取り入れた4つのシリコンセルタ
イプを採用しています。2つのセルを結合するための2つの異なる戦
略。また、平面とテクスチャの両方のシリコン表面、および単面と
両面の両方のセル設計を評価する。



底辺への競争
各アプローチは、実験的に検証されたレイトレーシングシミュレー
ションモデルを使用して評価され、計算された効率の可能性が得ら
れた。次に、既存のシリコン生産に基づくモデルを使用して製造コ
ストを計算し、南ヨーロッパでの固定傾斜設備に基づくLCOE計算を
行った。
これは決定的ではないように聞こえるかもしれません。しかし、グ
ループはさらに、タンデムセルに関する研究の大部分は、可能な限
り最大の効率を追求するために、シリコン要素のヘテロ接合セルに
依存してきたことに注目しています。タンデムセルとしてPERCやTO
PConなどのより確立された技術も費用対効果の高い方法で使用でき
ることは、これらの技術ですでに大規模な生産を行っており、効率
を高めるために他のルートを使い果たしている人々にとって確かに
興味深い。