高性能熱電エネルギー変換材料の開発

熱を電気にまた電気を熱に直接変換する半導体を熱電半導体と呼びます。右の図のように素子の片側を熱するだけで発電します。この熱電半導体の変換効率を上げるための研究を行っています。

熱と電気の直接変換効率を向上させるために

図に示すように材料により熱や電気の運び屋である電子や正孔の濃度(キャリア濃度)によって高い効率を示す温度が変わります。そこで変換効率の向上には材料に与える温度差に沿ってキャリア濃度を変える(傾斜機能化)方法があります。しかし、連続的に変化させることができず、これまではキャリア濃度の異なる単体を用いて２段または３段接合した段階的傾斜材料の研究を行ってきました。

連続的傾斜化を可能に
ゴミ焼却場などでの発電用材料として注目されている鉛テルル系熱電材料においてキャリア濃度の連続傾斜化の可能性を見いだした。

まず図のようにPbTeとPbTe+Teを封入してテルル過飽和PbTe試料を化学輸送法と拡散により作製した。この試料に900Kから340Kの温度傾斜を与えたままで熱処理を行うことで材料内における温度に対応してキャリア濃度が変化することを見いだした。これにより今までできないとされていたキャリア濃度を連続傾斜化した熱電半導体の創製が可能となった。

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