2013 Fiscal Year Research-status Report
シリコンクラスレート化合物の単結晶化による高性能熱電発電材料の探索に関する研究
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24760538
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
宗藤 伸治 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20380587)
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| Keywords | 熱電材料 / クラスレート / ゼーベック係数 / 比抵抗 / 移動度 / パワーファクター |
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| Research Abstract |
通常Ba8AlxSi46-x クラスレートでは、キャリアである電子濃度が高いため、ゼーベック係数が小さくなってしまう。そのため、キャリア濃度を低くすることにより、ゼーベック係数を大きくすることにより性能向上が試みられている。Ba8AlxSi46-x クラスレートでは、x=16 の結晶が作製できた場合、真性半導体となり、キャリア濃度が最小となる。そこで、前年度に作製するBa8Al12Si34 クラスレートの作製条件を元に、本年度は融液のAl 含有量を増やしたAl リッチな融液からの単結晶引き上げにより、Al 組成比の大きい単結晶作製を行うことにより、n 型Ba-Al-Si クラスレート結晶の高性能化を試みた。その結果、Al 含有量を増やした融液中からは、Al を多く含んだ単結晶の引き上げが可能であることが分かり、最もAlを含んでいる結晶は、Ba8Al15.5Si30.5であった。その結晶の熱電性能評価を行った結果、パワーファクターが1.1×10^-3 V^2/K^2Ωmとなり、高性能な材料の作製に成功した。
また、添加元素を変化させることにより、p型シリコンクラスレートの探索も試みた結果、添加元素にAuを用いた場合にp型のBa8Au5Si41クラスレートの作製に成功し、材料コストが高くなるという短所はあるものの、pとn型を用いたπ型熱電発電モジュールの作製可能性が見出せた。
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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
π型熱電発電モジュールには、n型とp型の材料が必要となってくるが、シリコンクラスレート結晶においてp型材料の合成の報告例が少ない。今回、Ba-Au-Su系にて、p型材料の作製に成功し、π型モジュールの作製に目処が立った。これは、計画通りである。また、各種の分析に必要な装置は、研究代表者の所属している研究部門が既に所有しており、新規購入による時間的ロス無く分析は進められた。熱電性能評価に関しても比抵抗測定、ゼーベック係数測定、熱伝導度測定が必要であるが、これらの測定装置に関しても、研究代表者の研究室既存のものが稼働しており、計画通りに研究が遂行されたものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において、単結晶Ba8AlxSi46-xクラスレートの作製に成功していたが、キャリアである電子濃度が高いため、ゼーベック係数が小さいものとなっていた。本年度の研究において、融液のAl含有量を増やしたAlリッチな融液からの単結晶引き上げにより、Al組成比の大きい単結晶作製を行い、高性能なn型Ba-Al-Siクラスレート結晶の作製に成功した。また、π型モジュールに必要なp型Ba-Al-Siクラスレート結晶の作製にも成功した。今後は、これらの材料を用いた高性能な熱電発電モジュールの試作を行う。
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