予�Rでは、2030�Q頃に�陵杆�発電電��の価格はキロワット時当り７��となる、など�R�`すべきものがある。その�屬法�発電量が国内向けで�Q間12GWそして�L外向けには35GWで合��47GWにもなるとしている。だが問��はいかにしてこれらのレベルを実現するかに集約される。現在、�x場に出ている����はシリコンを主��にした発電デバイスであってその効率の値は15-18%��度とまだ低い。

東�jの荒川�S�}教�bは「量子ドット型�陵枦澱咫廚慮桐�を1982�Qに�]ち出し、その効率は50%を�jきく越える可��性を�eつと述べている。この�\術を紹介する�iに、量子ドット型�陵枦澱咾鰺�解するには現行普及している通常のシリコン�陵枦澱咾慮�率の限�cを理解することが�~効であろう。

�陵曚�らのフォトンはシリコンに入�oすると価電子帯にある電子を励��し伝導帯に�々圓気擦襦�この時に電子は禁�V帯を飛び越える。シリコン�w�~の禁�V帯のそのギャップ値は1.12eVである。価電子帯にある電子の�sけ殻が��孔になり伝導帯に�屬�った電子と�瓦砲覆襦�PN接合の作り��け電位差があるので��孔はN�覦茲謀纏劼�P�覦茲縫疋螢侫箸掘�電流として外�陲慘�れるため、発電が��きる。禁�V帯を飛び越えるには光エネルギーが�科��jきく1.12eVを越える��要がある。�陵杆�のスペクトルの中で1.12eV以下の成分は禁�V帯を越える電子を励��させ�uず、��って発電に寄与せずシリコンをただ暖めて終わる。1.12eVのエネルギーは光の�S長に換�Qするとおよそ1,107nmとなる。禁�V帯を越える高いエネルギーの電子を励��する光は�S長が1,107nmよりも�]い光に限られる。

�陵杆�は可��光を中心に幅広いスペクトルに渡りエネルギーを放出している。1,107nm以�屬猟��S長の光は可��の外だが、エネルギー不�Bのため電子は励��されずに無�Gに捨てられることはもったいない。実際、3,000nmの低いエネルギーの�陵杆�でも発�oしているので�~効に使いたいのだが、それはシリコンデバイスでは適わない。

余�iだが光の�S長について述べるなら、半導��の���]に使われているステッパはその光源がg線の時に高圧水銀ランプの�S長は436nmだった。これは�E��に�Zい色だ。その先はi線、そしてKrFおよびArFレーザー光へと進んできたが、もはや可��光ではない。シリコンの通常の�陵枦澱咾�g線436nmで�科�に発電する。もちろん i 線やArFの光でも発電する。

荒川教�bは禁�V帯の中にエネルギー��位を設けた。これはステッピングストーンになぞらえることが可�Δ澄�小さな池を禁�V帯となぞらえよう。向う�笋泙任笋簽{�`があってどうしても飛べない。そのような時に池の中に踏石があれば踏石伝いに飛んで向こう�笋帽圓�ことができる。量子��学的なステッピングストーン、�tち踏石が量子ドットに相当する。ノウハウがあり詳しくはわからない�霾�があるが、量子ドットは半導��の中に導入する10nm��度のサイズの�w��であり、電子を閉じ込めることができる。量子ドットの�Z�fでは1,107nm以�屬猟��S長エネルギーの�陵杆�でも価電子帯の電子を励��し、電子はいったんドットに�，襪海箸�可�Δ澄�このため、長�S長の�陵杆�によりドットが電子で満たされると、エネルギー的に伝導帯まで�Zづくことになる。�tち1,107nm以下の小さなエネルギーの�陵杆�でも禁�V帯を飛越えて伝導帯まで到達できる。小さなエネルギーでも踏石伝いに池の向こう�笋膨靴屬海箸�できる。

このため、量子ドット�陵枦澱咾藁婿劵疋奪箸領未鮖\やせば「中間バンド型�陵枦澱咫廚砲覆襦Ｃ羇屮丱鵐匹箸蓮�踏石が幅広く�T在するイメージであり、禁�V帯の中にミニバンドを形成する。これによってこれまで使えなかった長�S長の光が�~効に使えるようになった。�tち、量子ドットを使えば効率が�屬�るのである。

NEDOの予�Rは世�c中に勇気を与えている。量子ドットを��いた高効率�陵杆�発電�\術において日本がリードできれば�陵杆�発電�噞は、今後�jきく飛躍するだろう。このためには量子ドットを�W��してミニバンドを�W価に効率良く形成し���]するノウハウが欲しい。教�bの�峙�ホームページからたどることができる発表を見ると、半導��としては窒化ガリウムを使��した例があり窒化インジウムガリウムの量子ドットを形成している。要は、シリコンを使っていない。�k�機�半導���噞新聞の本�Q9月14日版によると�旟研も窒化インジウムガリウムの量子ドットを400層積層した構�]を最�Z試作している。

�k�機�InGaNを使うとシリコン以�屬縫丱鵐疋�ャップが�jきくなる。ただ、量子ドットが作られるので長�S長の�陵杆�でも心配は要らない。InGaNのpn接合はそのビルトインポテンシャルがシリコンより�jきく電池としての発電電圧は�jきくなるという�W点がある。

�陵枦澱咾漏里�にエネルギー変換効率が問��だが、その他の�Cでは�j変に優れている。まず、����発電が解��できない二�┣獣坐婆筱�がない。タービンなどを使わず可動�霾�がないためメンテナンスが容易だ。原子��発電とも�jいに異なりアイソトープを�k切使わない。フクシマの��故後、我が国はアイソトープの除��などの問��や被�u�cの健康問��に�椶鵑任い襪�、�陵枦澱咾任呂海譴蕕量筱�は�S無だ。風��発電は�v転翼が��須でこれが可動�霾�なのでメンテナンスの問��がある。加えて、その�@音も問��だ。

�陵枦澱咾僚jきな��徴はスタンドアローン性だ。�儡嵎斑呂篋叔�などは電��供給がされていない無電��地域だ。�僂涼罎粡L�屬覆斌掬杜�地域に��要な�莟R機�_、�O路などの�Y識にベストなのがスタンドアローン型の�陵枷�電����だ。無人��に�j��模な�陵枷�電施設を作り家を建てて冷暖房完�△砲靴���にオール電化のキッチンを�△�電気�O動�Zと充電設�△魴eつ。��に無線設�△魴eてばテレビやインターネットが楽しめる。世�cには�H数の無人��がある。元気な富裕層の�{�vなら無人��に住めるだろう。富裕層が管理人を雇い�陵枷�電����を�△┐震疑���にバケーションにやって来る時代が�Zい。2030�Q代は無人��バケーションが富裕層の間で広まるだろう。

�陵枦澱咾砲硼L点であるが、それは光が当たらないと発電しない問��だ。蓄電池があって初めてスタンドアローンになる。蓄電池�\術は�陵枦澱咾慮�率向�屬砲朗�して�Lかせない�\術と言える。

最後に量子ドットを��いた高効率�陵杆�発電の工業所�~権について触れる。その基本原理は�o�瑤�����化ができそうもないが量子ドットの��法において、今後、先�~�vは工業所�~権化を狙うことも可�Δ如�我が国の研�|�v達に期待したいところではある。