2019 Fiscal Year Research-status Report
Release from trade-off between Seebeck coefficient and electrical conducitivity by hybrid thermoelectric structures with dielectric materials
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18K04000
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
篠原 嘉一 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 副拠点長 (70343853)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / 誘電体 / ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
熱電材料の発電性能はゼーベック係数の二乗と電気伝導率の積で表され、この積が高いくなると発電出力が高くなる。しかし、ゼーベック係数はキャリア濃度が高くなると低くなり、電気伝導率は逆に高くなる。ゼーベック係数と電気伝導率はトレードオフの関係にあり、キャリア濃度の最適化で出力因子を最大化することはできる。しかしゼーベック係数と電気伝導率を独立に制御して、出力因子を飛躍的に増加させることはできない。そこで本研究では、高比誘電率の電気伝導性材料を活用して、電気伝導を担う高比誘電率の電気伝導性材料と熱起電力を担う高ゼーベック係数の熱電材料を組み合わせたハイブリッド材料を創製し、トレードオフの呪縛から熱電材料を解放する学理を新たに見出すことを目的とする。
2020年度は、昨年度課題として明らかになったスパッタ条件の最適化について、基板温度制御およびターゲットの添加量制御でクリアした。これに基づいてハイブリッド材料を構成するNb添加TiO2およびP添加Siの単相膜をスパッタ成膜し、面内方向の熱電特性（ゼーベック係数と電気伝導率）の評価を行った。また添加量を一定としてNb 添加TiO2 およびP 添加Si の交互積層膜をスパッタ成膜し、積層膜の面内方向の熱電特性（ゼーベック係数、電気伝導率）と各層の厚さとの相関を検討した。その結果、誘電体であるP添加Si層が導電体であるNb添加TiO2層がよりも十分に厚い場合に、熱電特性（ゼーベック係数と電気伝導率）が複合則から外れることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ゼーベック係数と電気伝導率について、複合則から外れる現象を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従って、添加量を変えることで熱電特性を変化させたNb 添加TiO2 およびP 添加Si の交互積層膜を作製し、積層膜の面内方向の熱電特性（ゼーベック係数、電気伝導率）と各層の熱電特性との相関を検討する。
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Research Products
(8 results)
