有機フレキシブル熱電変換デバイスの基礎検討

有机柔性热电转换器件的基础研究

基本信息

批准号：
20655040
负责人：
中村雅一
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

有機エレクトロニクスの将来像の一つであるウェアラブルエレクトロニクスなどの電力源として、有機半導体や有機導体材料を用いた熱電変換素子を創出することを発展的目標とする。そのために、高い熱電変換特性が得られる有機材料をスクリーニングし、有機温度差発電素子のための基礎的な検討を行うことが本研究の主目的である。有機材料に特化したゼーベック係数と導電率の測定装置については最終的な改良を済ませ、複数の有機材料の比率を制御して共蒸着することができるようになった。今年度までに、この装置を用いて、不純物量が異なるものを含めて有機半導体薄膜6種、有機導体薄膜6種、モット絶縁体単結晶4種、有機半導体単結晶1種の熱電特性を評価した。これまでのところ、再現性のあるデータが得られている範囲では、典型的な導電性ポリマーであるPEDOT:PSSのうちで導電率の高い試料が最も良い熱電特性を示し、熱電性能の指標であるパワーファクターが3.3×10^<-8>W/K^2cm、室温におけるZT値が4.9×10^<-3>であった。これは目標とする値の数十分の1である。また、他の研究グループによる報告値も含めて有機半導体材料の熱電特性を評価・解析したところ、典型的な半導体材料を使う限りにおいてキャリアドーピング量を変化させても半導体の熱電効果理論を超えるものが見いだされておらず、その限界は目標には達しないと推測される結果となった。このことから、典型的な半導体材料ではないものに探索の重点を移すべきであると判断される。一方、まだ再現性には乏しいが、有機モット絶縁体の一種において、特定の条件下で10mV/Kを超える大きなゼーベック係数が得られた。今後、このようなエキゾチックな物性を示す材料を中心に探索してゆくべきであるという方針を得た。

我们的发展目标是使用有机半导体和有机导电材料创建热电转换元件作为可穿戴电子产品的电源，这是有机电子产品的未来愿景之一。为此，本研究的主要目的是筛选具有高热电转换性能的有机材料，并对有机热电发电器件进行基础研究。我们已经完成了对有机材料专用的塞贝克系数和电导率测量设备的最终改进，现在能够通过控制它们的比例来共沉积多种有机材料。到本财年，该设备将用于评估6种有机半导体薄膜、6种有机导体薄膜、4种莫特绝缘体单晶和1种有机半导体单晶的热电性能，包括具有不同数量的杂质。到目前为止，就已经获得的可重复数据而言，典型导电聚合物PEDOT:PSS的高电导率样品表现出了最好的热电性能，并且其热电性能指标为3.3×10^<-。 8>W/K^2cm，室温下的ZT值为4.9×10^-3。这是目标值的十分之几。另外，当我们评估和分析有机半导体材料的热电性能，包括其他研究组报告的值时，我们发现只要使用典型的半导体材料，即使改变载流子掺杂量，热电性能有机半导体材料的性能超出了半导体热电效应的理论，因此假设不会达到目标极限。这表明搜索的重点应该转移到非典型半导体材料。另一方面，虽然重现性仍然较差，但对于一种有机莫特绝缘体，在一定条件下获得了超过10 mV/K的大塞贝克系数。未来，我们决定应该集中精力寻找具有这种奇特物理特性的材料。