以前このブログで「量子ドット」太陽電池について説明する時に、「太陽電池は一定のエネルギー以上の波長の光しか電気に変換できない」と言うことを書きました。実はこの時には説明を省略したのですが、太陽電池は「一定のエネルギー以上の波長の光」に対しても「一定のエネルギー分」しか電気に変換できません。従って、「一定のエネルギー」を超えた分のエネルギーは無駄になるわけです（下図）。

「量子影」が何か良く判りませんが、無駄になっているエネルギーを貯めて、「一定のエネルギー」以上にして発電に寄与させるもののようです。ただ、「一定のエネルギー以下の波長の光」を有効に使うのか、「一定のエネルギーを超えた部分」を有効に使うのかは良く判りません。記事を読んでいると何となく「一定のエネルギーを超えた部分」を有効に使うためのように思うのですが、それだけで変換効率66%を実現するのはかなり難しそうなので、両方に効くような気もします。

いずれにせよ、現時点で実現可能なのはフラーレンという特殊な材料を使った有機太陽電池らしいので、まだ実用には程遠いのではないかと思います。それでも「変換効率を44%まで高めることができた」とあるのは驚異的です。（ひょっとすると記者の勘違いかもしれませんが・・・。）

量子井戸、量子ドット、量子影といろいろな太陽電池が出てきました。量子と言うのは難しい言葉ですが、例えばエネルギーのような連続的に変化すると思われる量が、ミクロに見れば微量のエネルギー粒子の集合と見られることを言っていると思っておけば良いでしょう。

わけの判らない理論のためにわけの判らないことがおこるわけですが、このように有益なことも起こるところが科学の魅力ですね。

まぁ、いずれの太陽電池も未来技術で、すぐにどうと言うことではないでしょう。まだまだ科学者には頑張ってもらわなければなりません。

ということで勉強してみました。それほど分かったわけではありませんが、「多少」知ったような顔はできるかなと思います。その「多少」を何とか説明してみますので、興味のある方は読んでみて下さい（一部、テキトーです）。

まず、超格子も量子ドットも人工で新しい材料を作るための特殊な技術です。量子井戸という言葉もありますが、多分、量子ドットと同じようなものだと思います。

さて、

超格子と言うのは二つの異なる材料を極めて薄い層（数原子層ぐらい）で積み重ねて作る新材料で、量子ドットの場合は単に薄い層を重ねるだけでなく、層に更に市松模様のような面的構造をつけて積み重ねて作る新材料です。‐‐‐これを知っているだけでも相当の物知りということになると思います。

なんだ、積み重ねるだけかと思われるかもしれませんが、数原子層ぐらいでしかもきれいに積み重ねないといけないので簡単なことではありません。しかしうまく積み重ねることができれば夢の材料を作ることも可能なようです。

うまく見つかりませんでしたが、ネットで良い図が無いか調べてみました。参考の図を下に示します。

超格子（左の図）

量子ドット（図の半ばの積層部分）

なぜ、こんなことをして新材料を開発しなければならないのか、ということですが、ここから少し理論的な話になります。

太陽電池は半導体と言われる材料が光に対して持つ電気的性質を利用したものです。うまく作れば多くの光を吸収して多くの電気を生み出します。しかし、普通の半導体材料ではある一定のエネルギー以上の波長の光からしか電気を生み出せません。従ってそれ以下のエネルギーの波長の光は無駄になっています。これが太陽電池の変換効率に理論的限界がある理由で、普通のシリコン太陽電池ですと理論的限界は28-29%ぐらいまでと言われています。

この理論限界を超えようとして超格子や量子ドットの技術があるわけです。

長くなるので、この続きは次回にします。