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テクノロジー

Blu-rayディスクのピットパターンで太陽電池の効率が向上 58

ストーリー by hylom
ただのランダムではダメだったのだろうか 部門より
headless 曰く、

米ノースウェスタン大学の研究者らがBlu-rayディスクのピットパターンを使用して、太陽電池パネルの効率を高めることに成功したそうだ(Neture Communications掲載論文ExtremeTechnatureasia.comSlashdot)。

準ランダムなナノ構造による光子の制御が大きな注目を集めているが、パターンの最適化には非常に高価な製造プロセスが必要だという。一方、準ランダムなサブ波長構造はBlu-rayディスクのピットパターンにもみられ、Blu-rayビデオディスクのピットパターンが記録内容にかかわらず光の捕捉に適した構造になっていることがわかったという。

研究チームでは映画「ポリス・ストーリー3」のBlu-rayディスクを購入。保護層のプラスチックを除去して記録層のピットパターンを露出させ、ピットパターンを転写した型を作成した。この型を使用して作成した太陽電池パネルは虹色に輝き、量子効率は40%と、パターンのない太陽電池パネルよりも22%高い効率を示したとのことだ。

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  • デジタルミレニアム (スコア:5, おもしろおかしい)

    by manmos (29892) on 2014年11月28日 16時18分 (#2719117) 日記

    違法コピーです。

    • by Anonymous Coward

      よし!発電に補償金をかけよう!
      もちろん電力使用にも!

      # 本気でやりかねん

    • by Anonymous Coward

      なるほど、だからポリス・ストーリーなのか。違法コピー題材ではアクションは難しそうだけど。

  • 「ポリスストーリー3」が売れなくてワゴンセールになってたんだろう.

  • ホラーは普通
    アニメは高効率
    ミュージックビデオは低効率
    とか

    • 太陽光パネルに転写したパターンの元が何なのかで音質が変わる。

      とか言って、オーディオマニアのこだわりがまた一つ増えるかも。

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        おや?
        控え室でSteve Reichがアップを始めたようです。

    • by Anonymous Coward

      アニメの絵は単調なんであまり複雑なパターンにならなくて効率悪いと思いますよ

      • by Anonymous Coward

        ACCSかかってるから大丈夫とマジレス

        • by Anonymous Coward

          その前にMPEG-2とかH.264の時点で圧縮されて単純なパターンじゃない。

          • by Anonymous Coward

            2話しか入ってないのに外周までデータ入ってるの?

            • by Anonymous Coward

              1層ならそれなりに外側まで使うのではないかと思います。
              意味有るのかって位ビットレート上げてるでしょうし。

        • by Anonymous Coward

          一応突っ込んでおくと、ACCSではなくてAACSが正しい

      • by Anonymous Coward

        ジャッキーさんが単調じゃないだと・・・?

  • 女の子が佃煮の小魚みたいにいっぱい出て来るだけの、すごく下らない萌えアニメのパターンの性能が一番良かったりしたら嫌だなあw。
  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 16時39分 (#2719131)

    太陽電池が輝いているということは、それだけの光を吸収できていないということですよね。

    キカイダー01も光り輝く太陽電池だったような。

    • by kei100 (5854) on 2014年11月28日 19時18分 (#2719250)

      表面が荒れた事で光が乱反射して届くようになったが、実は表面積が増えて吸収量は増えているなんて可能性はあるかもですよ?

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        表面積というか、光源から見たときの面積が重要ですよね。

    • by Anonymous Coward

      光と言っても可視光以外の部分も少なくないのでトータルで吸収出来ていれば可視光で光り輝いて見えても問題ないのでは?

      • by Anonymous Coward

        とはいっても、太陽光のエネルギーの大部分は可視光だけど。

        私だったら、#2719131に突っ込むとしたら、一方で黒い太陽電池が吸収した光を効率よく電気に変えているとも限らない、と言うかな。

    • by Anonymous Coward

      白いソーラーパネルとか
      http://www.csem.ch/site/card.asp?bBut=yes&pId=28474#.VFoOJb6kJOL [www.csem.ch]

    • by Anonymous Coward

      今回のも虹色に輝くようだけど。

    • by Anonymous Coward

      ガイバーに出てくるゼクトールの最終兵器だと

      「あの羽で周りの熱や光を吸収してるんだ!」
      そのエネルギーが体の中心へと集まっていって、強力な熱線を発するのだが、

      「それって単なるヒートポンプじゃね?」というのは素朴な疑問。

  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 16時48分 (#2719140)

    たすけてphasonさーん

    • Re:わからん (スコア:5, 参考になる)

      by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2014年11月29日 1時00分 (#2719382) 日記

      呼ばれたので出てきてみます.

      この話の源流をたどると,固体物性の世界のアンダーソン局在という現象に行き着きます(アンダーソン先生はこのあたりも含めた仕事でノーベル物理学賞を受賞).

      アンダーソンが半世紀ほど昔に見つけた事というのは,「固体中にランダムに散乱源(不純物など)が存在していると,そこで散乱された電子波が複雑にぐるっと一周して自分自身を強め合う(=定在波を作る)ような経路が必ず生じる.そのため不純物濃度がちょうど良いぐらいになると,伝導電子が局在化する」というものでした.
      それまでは欠陥に電子がトラップされて局在する,などというのは考慮されていたのですが,アンダーソンが予測した現象はまさに電子の波動性そのものにより生じる局在化で,自分自身(が散乱されたもの)が干渉し合って,ある程度の範囲内から出られなくなる,という新しい現象だったわけです.

      でまあ,この話は要するに波動性から来ているわけですから,原理的には光でも同じ事が起きて良い,という予想は昔から立てられていましたし,これを使ったランダムレーザーというものも最近研究が進んでいます.
      (ポンピングされたランダムな媒体中だと,無数の散乱源に散乱された光が特定の経路で強め合う周回を起こし,そこをある種のキャビティとしてレーザー発振が起こる)

      で,こいつを太陽電池にどう結びつくかというと,「光が特定の経路に勝手にトラップされる=吸収した光を逃がさない」となるわけで,つまり非常に光をよく吸い込んで逃がさない媒体が作れる可能性があるよ,と.
      太陽電池の光吸収部をこのランダムな媒体で作れば,この素材中の経路にトラップされ抜け出せずにぐるぐる光が回っている間に電力に変換され,そうすると吸収効率高いから効率よいよね,とかそういう感じで.

      さらに近年では,「特定な波長域の光を閉じ込める」のなら,完全なランダムポテンシャルよりも,その波長を特に閉じ込めやすい「擬ランダムなポテンシャル」の方が効率が良い,という方向での研究も出てきていました.
      完全にランダムなポテンシャルというのは要するに様々な波長(波数)のポテンシャルが混合されたホワイトノイズです.それに対し擬ランダムポテンシャルは,波数kaから波数kbの間ではランダム,それ以外の波数のポテンシャルはなし,というような,ある周波数帯の中でだけホワイトノイズとなっているようなポテンシャルですね.で,うまいことこのkaとkbの値を選ぶと,可視光あたりのトラップ効率が高い,と.

      こういう「ある範囲でランダムなナノ構造」というのは実際に作るのはなかなか大変でコストもかかります.ところがBlu-rayのディスクが非常にこの太陽電池向けの「擬ランダムポテンシャル」によく似た分布を持っていた,というのが今回の報告のキモです.

      論文の図1(大雑把には購読していなくても見られる)を見ていただくと,一番上がランダム性ゼロの周期的ポテンシャル(図の左が実空間,右が波数空間(要するにフーリエ変換したもの)になります)で,二番目が完全にランダムなポテンシャル,そして上から三番目が太陽電池などに理想的な擬ランダムポテンシャルです.波数空間(右側の図)で見ると,原点近くのある程度の幅のドーナツ状の領域(図が小さいと円状の領域に見えますが)だけが黒くなっていることがわかると思います.
      で,面白いのが一番下にあるBlu-rayの場合です.ビットは円周方向に並んでいるのでx軸方向とy軸方向がやや非等価になっていますが,波数の範囲が理想的な場合に近く,さらに(その範囲内で)ほどほどにランダムになっています.

      ということで,

      ・ランダムなポテンシャルがあると,アンダーソン局在が生じて光をトラップできる.
      ・とくに,ある波数域だけに限定した擬ランダム構造だと効率が高い.ただし作るのにはコストがかかる.
      ・こういった擬ランダム構造をパターニングした太陽電池が作れると,光をトラップすることで変換効率が上がる.
      ・実はBlu-ray上のドットは,この最適化擬ランダムポテンシャルに結構近いランダムポテンシャルになっている.
      ・Blu-ray引っぺがして,その凹凸を転写した太陽電池を作ってみたら,結構良い効率.
      ・これなら安く作れるから,どんどん取り入れると良いんじゃね?

      という感じで.

      親コメント
      • by the.ACount (31144) on 2014年11月29日 10時25分 (#2719450)

        反射光が干渉で減る!

        --
        the.ACount
        親コメント
      • by Anonymous Coward

        なるほど、オタクがアニメや漫画などの「ある範囲だけで自由度のある物語構造」で妄想を膨らませた結果、実世界との溝を大きくして引き籠りになるのと同じですね(←違うって)

  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 17時01分 (#2719147)

    なんだけど、
    そのパターンを作るのに、
    まともに最適パターンを作るとコストがかかるが、BDを使うと安く出来たと。

    • by Anonymous Coward

      ちょうどblue-rayのピットの長さと幅が最適だったのでしょうね
      #ピットパターン観察できるAFM持ってる(?)くらいなんだから、本当のところは自分でパターン転写用のマスターぐらい作れるか、作れるところを知ってて外注できるんじゃないの?

    • by Anonymous Coward

      というか、家庭用のやつじゃなくて、市販の焼き付けているやつは要するに動画の圧縮データでパターンを作ってるから、2次元的な表現で十分ランダムなんでしょうね。実査には穴が同心円形に並んでると思うんだけど、そういう対称性はいいんだろうか。

      • by phason (22006) <mail@molecularscience.jp> on 2014年11月29日 1時22分 (#2719384) 日記

        >穴が同心円形に並んでると思うんだけど、そういう対称性はいいんだろうか。

        そのあたりも検討はしていています.
        円周に沿ってドットが並んでいるので,円周方向と半径方向でランダム度合いなどが違います.
        で,偏光がそれぞれの方向を向いているときの光の吸収量をシミュレートして,「円周方向の方が効果は大きいけど,どちらにせよ何もパターニングしないものよりは効率よいよね」という感じに(Supplementary Information Figure 3).

        親コメント
        • by Anonymous Coward

          ということはBDの技術を太陽光線専用に応用すれば、更に効率向上が見込めるのかな。

  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 17時02分 (#2719150)

    で、漆黒の描写が
    「手をかざしてみたが、影は映らず、ただ黒いだけだった。それは、当たった光のすべてを、すべての
    エネルギーを吸収している証左だった。」
    うる覚えですが。

    #映画なんかでは、これが再現出来なかったそうですが。

    理想の太陽電池は漆黒・・・

  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 18時20分 (#2719199)

    HD DVDのピットパターンのほうが高効率である。
    もし勝てなかったら土下座する。

  • by Anonymous Coward on 2014年11月28日 21時32分 (#2719310)

    Natureね。

  • by Anonymous Coward on 2014年11月29日 1時34分 (#2719388)
    オープンアクセス乙。
  • by Anonymous Coward on 2014年11月29日 8時00分 (#2719423)

    自分、Blu-rayディスクの実物を今まで一度も見たことが無かったw
    レンタルビデオ屋もここ数年訪れていないからなぁ。そもそもプレイヤーもレコーダーも持ってないし。

    だから、この太陽電池の表面がどんな感じだかイメージがわかないのだった。
    DVDが出てきた頃、記録面を見て、「虹色の光り方がCDよりなんか滑らかな感じ」という印象を受けたんだが、
    Blu-rayってどんな感じ?DVDよりもっと「滑らか」?

    Blu-rayってどんだけ普及してるんですかね。持ってない自分は奇特な方なんでしょうか。

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