サステナビリティ
次世代熱電発電で太陽光出力を15倍向上
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再生可能エネルギーは自然資源から得られ、再生可能であるため、、化石燃料への依存を減らし、気候変動に対処し、持続可能なエネルギー未来へのニーズを満たすことができます。
これらの豊富で自然に再生されるエネルギー源は、排出が最小限で、太陽光、風力、水力、バイオマス、地熱熱を含みます。
これらの中で、太陽エネルギーは再生可能エネルギーの主要な源です。太陽は無限の電力源であるため、太陽エネルギーは枯渇せず、利用可能な最も豊富な再生可能エネルギー源です。
2024年、世界の太陽光発電は記録的な高水準に達し、設置容量が600 GWを超え、前年から33%増加し、世界の新規再生可能エネルギー容量の81%を占めました。 その結果、太陽光は世界の電力供給の約7%を占め、わずか3 年で
国際エネルギー機関（IEA）は、実際に太陽光光伏（PV）が最大の再生可能エネルギー源になる2029年までに、支援的な規制政策と太陽光パネルから生成される電力コストの大幅な低下の恩恵を受けています。
PVセルまたは太陽電池は太陽光を直接電力に変換する装置です。一部のセルは人工光さえも電気に変換できます。しかし、問題がないわけではありません。PVセルの主な制限の一つは温度であり、これは変換効率に大きく影響します。その変換効率です。
ここで、別の広く使用されている技術、太陽熱電（TE）が登場します。
太陽光PVを超えて太陽熱電発電機（STEG）へ
熱電発電機（TEG）は、PVセルの変換効率の課題に対処するために、無駄な熱を電気エネルギーに変換できます。
TEGは高い信頼性、長寿命、機械的な可動部品がないことが知られており、高温用途でPVセルと統合するための実用的で有望な選択肢です。
シーベック発電機とも呼ばれる熱電発電機（TEG)は、シーベック効果を通じて熱を直接電気に変換する装置です。
この効果では、2つの異なる導体または半導体間の温度差が電荷キャリアの移動により電圧を生成します。
熱が加えられると導体または半導体の一方に、電子は冷たい側へ移動し、電位差を生じさせます。回路で接続すれば、直流が流れます。
したがって、シーベック効果に基づき、TE材料は端部間に温度差がかかると電圧を生成します。太陽吸収体と熱放散体の間に配置され、温度差を作り出して電力を生成する場合、これらは太陽熱電発電機（STEG）と呼ばれます。
これらのSTEGの熱から電気への変換効率は、TE材料の無次元指標（ZT）とデバイス全体の熱側と冷側の温度差によって決まります。
その結果、STEGの太陽吸収体ははるかに広い吸収帯域を持ち、太陽スペクトル全体の光子エネルギーを利用できる一方、太陽PVは半導体バンドギャップ付近の狭い帯域しか利用できません。しかし、熱電効率は非常に低いです。
最新の研究によると、TE材料のZT値は何十年もの研究にもかかわらず、依然として約1のままであり、ZTは熱電材料の性能評価指標であり、より高いZTは一定の温度差から電力を生成する際により効率的な材料を示します。
高効率な熱電（TE）材料とコンパクトなヒートシンクの欠如が、STEGの商業的採用を制限しています。
これらの課題に対処するため、研究チームはSTEGの発電量を15倍に向上させ、重量はわずか25%増加させる戦略を開発しました。
STEG効率の課題：より優れた吸収体と熱放散体の必要性
人口と経済成長により、世界のエネルギー需要は急速に増加しています。
IEAによると、世界の電力需要は2024年に4.3%増加しました、2023年の2.3%増加から大きく跳ね上がっています。
だから、今後、世界はますます増大するエネルギー供給が必要で、しかし、より重要なのはクリーンエネルギーであり、気候変動に対処し、温室効果ガス（GHG）排出を削減し、エネルギー自立を達成するためです。
この持続可能なクリーンエネルギーへの探求において、研究者は太陽熱電発電機（STEG）を有望な太陽電力生成源として注目しています。なぜなら、STEGは太陽光だけでなく他の形態の熱エネルギーも利用できるからです。
しかし現在、ほとんどのSTEGは太陽光の1%未満しか電気に変換できず、住宅用太陽光パネルシステムは15%から20%の変換効率を実現できます。
したがって、これらのデバイスを本格的に活用するには、まず効率の制限を克服しなければなりません。
必要なのは、STEGの発電を強化する新たな方法を考案することです。太陽熱電発電機は温度差が大きいほど多くの電力を生成し、これは太陽エネルギーの吸収を最大化し、熱側の熱損失を最小化し、冷側で効率的に熱を放散させることで実現できます。
さらに、STEGはウェアラブル電子機器、医療センサー、無線センサーネットワーク、航空機デバイスの電源として有用である可能性があります。
しかし、これらの高出力密度アプリケーションには、熱側に軽量な選択的太陽吸収体（SSA）と冷側に熱放散体が必要です。太陽エネルギーを最大限に活用するため、吸収体（SSA）は太陽スペクトル範囲（300–2500 nm）で高い光学吸収率を示し、赤外線（2.5–20 μm）で低放射率を維持して放射損失を最小化しなければなりません。
吸収体の光学性能は、構造設計と材料選択によって最適化できます。
これにはプラズモン吸収体、二重セラミック層吸収体、多層フィルム吸収体、フォトニック結晶吸収体が含まれます。しかし、これらの進歩にもかかわらず、ほとんどの吸収体は複雑な装置と時間のかかる製造プロセスを必要とし、手頃なコストでのスケールアップを制限しています。
さらに、STEGの出力を増加させるには、冷側温度を下げ温度差を拡大するために大型で複雑な冷却システムが必要となり、別の課題が生じます。
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| 技術 | 現在の効率 | 進歩による可能性 | 主な制限 |
|---|---|---|---|
| 太陽光PVパネル | 15–22% | ~30%（タンデムセル） | 高温で効率が低下 |
| STEG（現在） | <1% | 15倍の改善が報告 | 低ZT値、冷却必要 |
| ハイブリッドPV-TEシステム | 15–20%（PV + <1% TE） | 新しい吸収体で20–30% | 統合コスト、スケーラビリティ |
ブラックメタル技術とフェムト秒レーザー：画期的な戦略
STEGの課題を克服するために、同じ研究者はロチェスター大学光学研究所の 研究者はスペクトルエンジニアリングと熱管理戦略を開発し、重量を削減し、出力を増加させました。
このより強力なSTEGデバイスを作成する新技術は詳細が記載された研究 1が、Light: Science and Applicationsに掲載されています。
何十年もの間、研究コミュニティはSTEGで使用される半導体材料の改善に焦点を当て、全体的な効率向上はわずかでした。
– グオ・チュンレイ、光学と物理学の教授で、ロチェスターのレーザーエネルギー研究所の上級科学者です。
彼は付け加えました：
「この研究では、半導体材料には手を付けず、代わりにデバイスの熱側と冷側に焦点を当てました。熱側での太陽エネルギー吸収と熱捕捉を改善し、冷側での熱放散を向上させることで、驚異的な効率向上を実現しました。」
ここでの鍵は特殊なブラックメタル技術でした。2020年に同じチームは沈み込まない金属構造を作り出す2 数か月前に、高効率の太陽光発電装置を開発できることを示しました3。
当時、彼らは金属の光沢のある高反射表面を真っ黒にし、ブラックメタル技術と呼びました。フェムト秒レーザーパルスを使用すれば、ほぼすべての金属を真っ黒に変えることができます。
チームは銅、鋼、アルミニウム、タングステンで実験しました。ナノスケール構造で処理した結果、タングステンが最も高い太陽吸収効率を示しました。未処理のタングステンと比較して熱電生成効率を130%向上させることができました。タングステンは一般的に熱太陽吸収体として使用されています。
そこで、今回、研究者は熱側の通常のタングステン（W）をfsレーザー加工技術で吸収体（W-SSA）に変換しました。
タングステンは表面を真っ黒にすることで「ブラックメタル」に変換され、太陽波長の光を選択的に高効率で吸収し、他の波長での熱放散を低減しました。
これは、強力なfsレーザーパルスを用いた超高速・高精度エッチングにより、金属表面にナノスケール構造を作り出すことで実現しました。したがって、半導体材料自体を変更するのではなく、熱側が太陽光を吸収し熱を保持する方法を改善したのです。
タングステン選択的太陽吸収体（W-SSA）用の温室チャンバーも作成され、対流損失を削減しています。
農場のようにミニ温室を作るために、ブラックメタルはプラスチックで覆われました。「対流と伝導を最小限に抑えて熱を捕捉し、熱側の温度を上げることができます」とグオは述べました。チームは熱損失を40%以上削減することに成功しました。
一方、冷側では同じレーザー技術を用いて、通常のアルミニウム（Al）を微細構造を持つ大容量熱放散体に変換しました。これにより、放射と対流の両方で熱放散を改善するヒートシンクが作られました。
処理されたアルミニウムの冷却性能は、通常のAl熱放散体の2倍でした。
このすべてにおいて、fsレーザー加工技術が重要な役割を果たしました。特に、この技術はワンステップで済み、スケーラブルです。このシンプルな減法技術は、ポリマー、ガラス、誘電体、半導体、金属など、複雑な形状を持つさまざまな材料にも適用可能です。
純粋に物理的なアプローチであるため、他の方法よりも環境に優しいです。
フェムト秒（1クアドリリオン分の1秒）レーザーは、アルミニウムにさまざまな微細構造、タングステンにナノ構造を生成しました。
これらの構造のサイズと密度を最適化することで、研究者はタングステンの太陽吸収を高め、熱側での赤外放射率を低減しました。高温で80%以上の吸収効率を達成しました。
冷側では、アルミニウムの全黒体放射スペクトルにわたる赤外放射率と熱放散用表面積を増加させました。これにより、太陽熱変換効率が大幅に向上しました。
チームは、彼らの太陽熱電発電機（STEG）が既存の方法よりもはるかに効果的にLEDを駆動できることを実証しました。
この技術は、ウェアラブル、スマートデバイス、IoT向け自律センサーなどのマイクロエレクトロニクスの電源としても利用でき、さらに遠隔地や農村部のオフグリッド再生可能エネルギーシステムとしても機能します。
研究では、STEGはスペクトル分割ハイブリッドPV-TEシステムや低コストの染料感光太陽電池（DSC）などの先進的な太陽エネルギーデバイスと組み合わせても使用でき、低照度条件でも電力を生成し、電力需要の高いアプリケーションのエネルギー出力を向上させることが示されています。
太陽エネルギーへの投資
再生可能エネルギー分野で、Nextracker Inc. (NXT ) は高成長企業として際立っています。
時価総額100億ドルのNXT株は現在67.59ドルで取引されており、今年はすでに85%上昇しています。先週、株価は約69ドルで新高値を記録しました。その結果、EPS（TTM）は3.67、P/E（TTM）は18.42です。ただし、配当利回りはありません。
Nextracker Inc. (NXT )
Nextrackerは、電気ソリューション、統合トラッカー、収量最適化・制御システムを提供する太陽光技術プラットフォームプロバイダーです。同社の先進技術により、太陽光発電所は太陽の動きを追跡し、性能を最適化できます。
製品とサービスには、NX Foundation、NX Horizon、NX Navigator、NX Global、PowerworX、TrueCapture、そして電気システムバランス（eBOS）サービスが含まれます。
今月、Nextrackerはサステナビリティレポートを発表し、総記録事故率（TRIR）0.61を達成し、米国の安全運用目標1.2を上回ったことを報告しました。
Nextrackerは、すべての土壌タイプでの太陽光導入を改善するためにNX Foundation Solutionsを導入しました。また、NX Horizon低炭素トラッカー（LCT）システムは、トラッカー関連の炭素排出を最大35%削減するためにリリースされました。
温室効果ガス排出と資源効率に関して、同社は世界的に認められたフレームワーク（SBTi）に沿った目標設定を約束し、初のTask Force Climate Financial Disclosure（TCFD）指数を公表し、Scope 1およびScope 2のGHG排出データに対して第三者保証を取得し、米国でISO 14001:2015環境マネジメントシステム認証を取得しました。
ISO 9001認証も米国、インド、ブラジルの事業全体の品質管理に対して取得されています。
この中で、Nextrackerは南米の大手再生可能エネルギー企業の一つに最近選ばれ、Casa dos Ventosはブラジルでの4つの新プロジェクトに1.5 GWの太陽光トラッカーシステムを提供するよう依頼しました。これらは太陽光および太陽光と風力のハイブリッドプロジェクトを含みます。
再生可能エネルギーリーダーであるCasa dos Ventosからの複数プロジェクトのコミットメントを確保したことは、今日の太陽光産業において信頼できるパートナーシップの重要性を示しています。
– アレホ・ロペス、Nextrackerラテンアメリカ副社長
NextrackerはUCバークレーと協力し、CAL-NEXT太陽エネルギー研究センターを設立し、将来のエネルギー需要を支える太陽光発電所技術の進歩を促進しています。同社はこのイニシアチブに650万ドルを拠出しました。
同社の財務について、先月下旬に2026会計年度第1四半期（2025年6月27日終了）を報告しました。この期間の売上高は8億6400万ドルで、前年同期比20%増加しました。
NXT 価格チャート
GAAPベースの粗利益は前年同期比19%増の2億8200万ドル、GAAPベースの営業利益は16%増の1億8600万ドルとなりました。調整後粗利益は18%増の2億8500万ドル、調整後EBITDAは23%増の2億1500万ドルです。この期間のNextrackerの総受注残高は4兆750億ドルを超えました。
営業キャッシュフローは8100万ドル、四半期末の現金は7億4300万ドルで、負債はありませんでした。この四半期に同社は新たな成長イニシアチブを支援するために8680万ドルを戦略的買収に投資しました。
Nextrackerはすべての主要財務指標で再び強力な四半期を達成し、市場シェアの勢いが続いていることを確認しました。
– 創業者兼CEO ダン・シュガー
先月、NextrackerはAIとロボティクス事業イニシアチブの開始を発表しました。「太陽光を世界的なエネルギー需要に合わせて拡大するには、発電所の構築と運用に新たな自律性が必要です」と新任のAI・ロボティクス最高責任者、フランチェスコ・ボレリ博士は述べました。
これは、太陽光発電所の導入、信頼性、長期的なROIを向上させるために4000万ドル以上の買収に投資した後のことです。これには、自治測量と火災警報システムのOnSight Technology、3D高解像度実測マップ作成のSenseHawk IP、土壌関連の収量損失を削減するAmir Roboticsが含まれます。
何百万ものセンサーと制御ノードが約100 GWの稼働システムに40か国で展開されているNextrackerは、AIとロボティクスを大規模に活用するユニークな機会を持っています。
最新のNextracker Inc.（NXT）株式ニュースと動向
結論
太陽エネルギーは最も有望で最もクリーンな電力供給手段の一つです。すでに太陽光PVの導入は急速に進んでいますが、もちろん再生可能エネルギーへの道は単一の技術だけに依存するものではありません。
光伏、熱電、先進ナノ材料を組み合わせたハイブリッドシステムが、太陽エネルギーの未来の鍵となります。
かつて材料の非効率性が太陽熱電技術を制限していましたが、現在は新しい熱管理とナノ構造化技術により壁を突破しています。STEGの最新のブレークスルーは、材料と構造レベルでのイノベーションが、半導体性能だけでなく、印象的な効率向上を実現し、増大するエネルギー需要に応えることができることを示しています。
参考文献：
1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. フェムト秒レーザーによるスペクトルエンジニアリングと熱管理により太陽熱電発電機の性能が15倍向上。Light: Science & Applications, 14, 268, 2025年8月12日出版。 https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. 水中応用向けの高浮力超疎水性金属組立体。ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, 2019年12月26日出版。 https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. フェムト秒レーザー処理金属のスペクトル吸収制御と太陽熱デバイスへの応用。Light: Science & Applications, 9, 14, 2020年2月4日出版。 https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y
