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電界効果トランジスタ構造を用いた有機低分子熱電材料の探索・開発

Research Project

Project/Area Number 17J05098
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional solid state chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

清田 泰裕  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords熱電材料 / 有機半導体 / 電界効果トランジスタ / 電荷二重層トランジスタ
Outline of Annual Research Achievements

熱電発電技術は世界的なエネルギー不足を解決するため, またIoT技術の電源供給源として広く研究されている. 本研究では結晶構造が明確な有機低分子半導体に, 任意にキャリア濃度制御が可能な電界効果トランジスタ構造を適用することによって, 高効率な熱電発電材料の開発を行い, 有機熱電材料の設計指針を確立させることを目的としている.
昨年度は熱伝導率の小さな基板を用いて作成したルブレン単結晶トランジスタに対して, レーザー加熱を用いた熱起電力測定を行い, 熱起電力のキャリア濃度依存性の測定を可能にした. このようなレーザー加熱を用いた熱起電力測定はこれまでにない測定法であり, 高速・正確な測定ができることから, 重要である.
本年度は様々な材料・絶縁層を用いたトランジスタに本測定法によって熱起電力のキャリア濃度依存性の測定を試みた. 広い範囲のキャリア濃度において結果を得るためには, ルブレン単結晶のように高い移動度と, ON状態での低い抵抗値が必要であることが分かった. イオン液体を絶縁層に用いたトランジスタは, 電界によってイオンが有機低分子材料内部に入り込んで破壊してしまうため, 測定が困難であった. しかしイオン液体を用いたトランジスタはより広い範囲のキャリア濃度で熱起電力のキャリア濃度依存性を測定するために必須であり, 更なる研究が求められる.
ルブレン単結晶トランジスタの熱起電力のキャリア濃度依存性については, 複数のサンプルで低温まで詳細に研究を行った. 室温においてキャリア濃度が増加するにつれて電気伝導度が上昇し, 一方熱起電力は減少するような振る舞いが得られた. 絶縁層界面の1分子層にキャリアが注入されていると仮定すると, 最大で6 microW/(mK^2)の変換効率が得られた. 更なるキャリアドーピングによってより大きな変換効率が実現できると考えられる.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Suppressed Triplet Exciton Diffusion Due to Small Orbital Overlap as a Key Design Factor for Ultralong‐Lived Room‐Temperature Phosphorescence in Molecular Crystals2019

    • Author(s)
      Kaishi Narushima, Yasuhiro Kiyota, Takehiko Mori, Shuzo Hirata, Martin Vacha
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 31 Issue: 10 Pages: 1807268-1807268

    • DOI

      10.1002/adma.201807268

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy Conversion and Storage; Catalysis; Optical, Electronic, and Magnetic Properties and Processes; Interfaces; Nanomaterials and Hybrid Materials2019

    • Author(s)
      Kadoya, Tomofumi; Oki, Ryouji; Kiyota, Yasuhiro; Koyama, Yuta; Higashino, Toshiki; Kubo, Kazuya; Mori, Takehiko; Yamada, Jun-ichi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry

      Volume: 123 Issue: 9 Pages: 5216-5221

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b10687

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The thermoelectric power of band-filling controlled organic conductors, beta'-(BEDT-TTF)3(CoCl4)2-x(GaCl4)x2018

    • Author(s)
      清田泰裕、川本正、他
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A

      Volume: 6 Issue: 5 Pages: 2004-2010

    • DOI

      10.1039/c7ta06987a

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電界効果キャリアドーピングを用いたルブレン単結晶の熱電特性2019

    • Author(s)
      清田泰裕, 川本正, 森健彦
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Low-temperature characteristics of thermoelectric generators using molecular conductors2019

    • Author(s)
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori
    • Organizer
      14th International Symposium on Functional π-Electron Systems
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Field-Effect Modulated Thermopower in Rubrene Single Crystals2019

    • Author(s)
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori
    • Organizer
      The 13th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規電荷移動錯体Me2(SMe)2TTF-TCNQの構造と物性2018

    • Author(s)
      清田泰裕、Jeon Ie-rang、Jeannin Olivier、川本正、森健彦
    • Organizer
      第12回分子科学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Low-temperature characteristics of the thermoelectric generator using organic charge-transfer salts2018

    • Author(s)
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto and Takehiko Mori
    • Organizer
      International Conference on Hybrid and Organic Thermoelectrics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子性導体β-[N(CH3)4][Pd(dmit)2]2の熱起電力とエネルギーバンド2017

    • Author(s)
      清田 泰裕, 川本 正, 森 健彦, 加藤礼三
    • Organizer
      日本化学会春季年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子性導体を用いた簡易熱電発電素子2017

    • Author(s)
      清田 泰裕, 川本 正, 森 健彦
    • Organizer
      応用物理学会秋期学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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