Efficiency enhancement of organic thermoelectric generators by amplifying the density of states

通过放大态密度提高有机热电发电机的效率

• 批准号: 22KF0306
• 负责人: 安田 琢麿
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2023)Kyushu University (2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0306/
• 关键词: 有機半導体; 熱電変換; ドーピング; イオンゲル; 状態密度増幅

今年度は、本研究の遂行上必須となる有機熱電素子評価に特化した高性能測定・自動分析システムの開発を行った。有機半導体材料の低い電気伝導率から由来する浮遊起電力は有機熱電材料の評価に大きな誤差を与える。これを解決するために従来の測定系に多チャネル高入力インピーダンス計装増幅器を搭載し、有機熱電材料の熱電特性をより精密かつ高速で自動評価・分析できるシステムを新しく構築した。さらに水や酸素に敏感な有機熱電材料を評価するために不活性窒素環境下で特性評価できる環境も構築した。続いて、高性能測定・自動分析システムを用いて、ドーパント材料の種類に関わらず有機半導体の本質的な熱電特性を調べられる革新的な素子プラットフォームを構築した。本研究で開発した誘電率の高いイオンゲル誘電層を用いた両極性有機熱電変換素子評価プラットフォームは、真性有機半導体のフェルミ準位をイオンゲルで電気化学的に大きく変調しp-n型両熱電変換特性を調べることができる。また、イオン液体の濃度を調整したイオンゲル誘電層を利用しているため酸化・還元状態を意図的に長時間保持することができ、一種の半導体とイオンゲルのみでp-n型両熱電変換素子を作製できるためコスト削減に繋がる有機両極性熱電変換素子を実現できる。キャリア移動度の高い有機半導体から新規材料まで、材料そのものが有する潜在熱電変換特性を網羅的に調査できるため、有機熱電材料の研究開発や材料探索に大きな役割を果たすことが期待できる。

今年，我们开发了一种高性能测量和自动分析系统，专门研究有机热电元素，这对于进行这项研究至关重要。从有机半导体材料的低电导率中得出的浮动电动力在评估有机热电材料的评估中遇到了很大的误差。为了解决这个问题，已经构建了一个新系统，该系统将多通道高输入阻抗仪器放大器融合到常规测量系统中，从而可以对有机热电材料的有机热材料的热电特性进行更精确和高速自动评估和分析。此外，为了评估对水和氧敏感的有机热电材料，已经创建了可以在惰性氮环境中表征的环境。接下来，使用高性能测量和自动分析系统，构建了一个创新的设备平台，该平台允许研究有机半导体的基本热电学特性，无论掺杂材料的类型如何。这项研究中开发的双极有机热电转换装置评估平台，可以通过用离子凝胶对固有有机半导体的费米水平进行调节来检查两种P-N类型热电转换性能的评估。此外，由于具有离子液体的离子凝胶介电层用于控制浓度，因此可以有意地将氧化/还原态有意保持很长时间，并且只能使用一种类型的半导体和一个离子凝胶来制造P-N类型的热电转换元件，从而使有机化元素的元素可以进行有机化元素，以实现有机化的元素。从具有高载体迁移率的有机半导体到新材料，都可以全面研究材料本身的潜在热电转换性能，预计它将在有机热电材料和材料搜索的研究和开发中起主要作用。