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電力

雨天や夜間でも発電可能な酸化鉄化合物の太陽電池 27

ストーリー by hylom
太陽が出て無くても発電できる太陽電池 部門より

maia 曰く

岡山大学の池田研究室では、グリーンフェライトと名付けられた酸化鉄化合物(RFe2O4、「R」は希土類)の研究を進めている。その一例として、可視光だけでなく赤外線領域にも強い吸収域を持つ光吸収過程を応用し、「雨の日や夜間でも発電が可能」な太陽電池が開発されている(山陽新聞の記事)。

光吸収率はシリコン製太陽電池の100~1000倍という数字に戸惑うが、安価な酸化鉄化合物で加工性もよく、大幅なコストダウンが見込める。記事によれば、2015年までの実用化を目指しているという。

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  • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 17時11分 (#1887439)

    発電効率でなくて吸収率なのね。
    それでも吸収率が100%を超えそうだが、周囲から光を寄せ集めてくるのか?

    • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 17時29分 (#1887451)

      赤外域での話。そもそもSi系太陽電池はこの波長をほぼ吸収できないから、そらまあ1000倍とかも行くわな、という。
      正直な話、太陽光は赤外域でエネルギー密度が低いし、通常のバンドギャップ型太陽電池だと長波長を吸収できるようにすると短波長側のエネルギーが無駄になる(どんな波長のエネルギーを吸収しても、バンドギャップの大きさのエネルギーしか有効に使えない=短波長の光では電気に変換できず熱として緩和するエネルギーの比率が大きくなる)から、実用性はほとんど無い。
      #赤外にしか吸収がない(可視光を透過する)素材ならタンデムにしてやってもいいけど。

      まあ元々池田先生自体は酸化物系/無機系の電子物性を詰めるタイプの研究をしているから、実用化が主目的ってわけじゃないんだろうけど。
      実際このGreen Ferriteだって、池田先生のところでやってる研究の多くは室温電荷秩序状態だとか非線形応答だとかの電子相関に由来する物性まわりだしね。

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    • 「赤外線の」吸収率がシリコンで作った太陽電池の1000倍、と言うのが抜けてるんじゃないかと推測>研究者がどう説明して、どの単語が抜けた結果、どういう文章になっちゃったのかを読み解く推理パズル。

      最後の段落の「~などに塗れば発電能力を高められる可能性があるという」がなかなか難易度が高い・・・。 太陽電池の裏に塗ってパワーアップという戦略もアリ、ぐらいは説明としてあり得る気がする。 単なる無作為な表現ノイズかも知れないけど。
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    • 可視光+赤外線になるから、可視光換算で100%以上になる・・・のかな?

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      • by Anonymous Coward
        動力つけて三倍の回転を加えたら300%になるの?
  • by Anonymous Coward on 2011年01月12日 15時36分 (#1886800)

    まじめに周期表で探してしまった。興味深い話だが、レアアースか・・・
    池田研のHPには投稿論文情報がないし。

    • by Anonymous Coward
      コストダウン可能なんだろうか?
      • by Anonymous Coward

        数年前ならよかったけれど、例のレアアース騒動で実現はかなり遠のいているような。

  • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 17時22分 (#1887446)
    夜間でも大丈夫だったら太陽光発電というんだろうか? 月光も太陽光の反射光だと言われればそのとおりかもしれませんけど
  • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 17時39分 (#1887461)
    やたらと強力な磁性を帯びそうな気がする。
  • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 19時07分 (#1887540)
    周囲の暖かい物体から放射される赤外線って、発電できるほどなの?
    • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 19時52分 (#1887568)
      放射冷却の時には地面からかなりの熱が奪われるわけだから、逆に言えば、曇天のときはそれだけ返って来ていると言うこと。

      主に赤外線での光合成する生物がいても良さそうだけど、そういうのがいないと言うのは、投資したエネルギーに対して、回収できるエネルギーが少ないってことかな。

      #吸収する波長が違うのに、吸収率で語られてもなあ。年間の発電量で比較しましょうよ。
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      • 赤外光を利用できるクロロフィルはあるよ。
        http://bio.hamajima.co.jp/topics/2010/09/27/chlorophyllf/ [hamajima.co.jp]

        --
        the.ACount
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        • by Anonymous Coward

          なんだか「赤外線」の定義がてんでばらばらな状況で議論されているなあ。
          このクロロフィルは0.72ミクロンを赤外線といっているけど,エネルギー的に
          可視光といっても構わないでしょう。

          それに対して,「雲との熱収支が…」とかいっている議論は
          300Kくらいの物体との輻射熱の交換の話なので、
          10ミクロンくらいのはなしですな。

          で、今回のプレスリリースですが,Si太陽電池との比較といっているからには
          吸収する波長はシリコンのバンドギャップの1.1ミクロン以下。
          それをふまえて改めてプレスリリースを見てみると,
          いくらマスコミとはいえ随分と杜撰な内容な気がします。
          そもそも吸収する波長くらいは書け。

          というわけで、検索したら

          • by Anonymous Coward
            一般国民の興味をひいたり期待を煽るような報道になるようなプレスリリースを打たないと、研究予算の獲得のための広報活動にはならないのでしょう・・・。

            結局、国が研究予算を十分に蒔かないから、こういう報道が増える・・・
      • by Anonymous Coward on 2011年01月13日 21時54分 (#1887621)

        >逆に言えば、曇天のときはそれだけ返って来ていると言うこと。

        赤外線が返ってきてようがなんだろうが、そのそもそもの熱源の温度が太陽電池の温度より高くなければ発電は出来ないよ(cf. 第二法則)
        高温熱源がある場合はまあ可能だけど、太陽電池と同じようなところに転がってる物(=だいたい同じ温度の物)からの赤外線では発電できない。

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        • by Anonymous Coward
          光源の温度が関係するんですか?
          太陽電池って温度差で発電してるわけじゃなと思うんですが。
          • >光源の温度が関係するんですか?

            関係します.関係しないんだとすると第二法則が破綻します.
            そもそも,熱力学の3法則から,温度差(自由エネルギー差とか化学ポテンシャル差も含む)のないところではエネルギーを生み出せません.高温側(高エネルギー側)から低温側(低エネルギー側)にエネルギーを捨てる過程が成立して初めてエネルギーを別の形で取り出すことが出来ます.これは(一見したところ)温度差を利用していないシステムにおいても同様です(実際にはエネルギーを低温側に捨てる過程が暗に含まれている).

            まず,低温(温度T)の熱源からは長波長を主成分とする光が放射されます.これを受光する側も温度Tだとしましょう.受光する場合,ある状態(とりあえず基底状態としましょう)から別の励起状態(励起状態は一個しかないとしましょう)に移ることで吸収します.
            さて,この受光体に低温熱源からの光が当たるとどうなるか?吸光して励起状態に上がる,と言う過程ももちろん起きますが,同時に誘導放出により下の準位に落ちる過程も促進されます.この結果,励起状態に居座る電子の数は一切変化しません.これは吸光側の温度と,放射されている光の温度が等しいためです.これは低温熱源からの光を集光しても変わりません.単に光の強度を上げるだけだと,励起過程が増えた分と同じだけ誘導放出過程も増えてしまい意味がないからです.

            より高温熱源からの光であれば,もっと高い順位に叩き上げるとか,複数個の電子を一気に励起するなどの過程を使い,励起状態の電子の数を増やせます(=発電できる).

            熱力学的に言えば,温度Tからの輻射をいくら集めてもTを超える温度は実現できません.例えば太陽光はいくら集光しても太陽の表面温度を超えられません.一方,発電すると言うことは,電子系のエネルギーを引き上げて電子温度を高くすることにより実現されます.つまり,温度Tの物体からの輻射をいくら集めても電子系の温度は上げられず,従って電位差を生じさせることは出来ない,ということです.

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          • by Anonymous Coward

            赤外線の量は発生源の温度に依るんですよ

      • by Anonymous Coward

        >放射冷却の時には地面からかなりの熱が奪われるわけだから、逆に言えば、曇天のときはそれだけ返って来ていると言うこと。

        それは違うでしょう。

        大地(room temperature)→宇宙(3K)

        という放射伝達が

        大地(room temperature)→雲(-50〜0degC?)→宇宙(3K)

        という放射伝達に変更されるだけ。でていく熱流量が減少することが、熱が戻って来ることになるわけではない。
        支出が減るからといって、誰かがお金をくれているとは限らない。

        • by Anonymous Coward

          雲からの赤外放射を受けているんで、(間接的に)返ってきてると言えなくもない。

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