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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

研究課題

研究課題/領域番号 17J05098
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機能物性化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

清田 泰裕  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード熱電材料 / 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
研究実績の概要

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.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

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

    • 著者名/発表者名
      Kaishi Narushima, Yasuhiro Kiyota, Takehiko Mori, Shuzo Hirata, Martin Vacha
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 31 号: 10 ページ: 1807268-1807268

    • DOI

      10.1002/adma.201807268

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy Conversion and Storage; Catalysis; Optical, Electronic, and Magnetic Properties and Processes; Interfaces; Nanomaterials and Hybrid Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Kadoya, Tomofumi; Oki, Ryouji; Kiyota, Yasuhiro; Koyama, Yuta; Higashino, Toshiki; Kubo, Kazuya; Mori, Takehiko; Yamada, Jun-ichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry

      巻: 123 号: 9 ページ: 5216-5221

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b10687

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The thermoelectric power of band-filling controlled organic conductors, beta'-(BEDT-TTF)3(CoCl4)2-x(GaCl4)x2018

    • 著者名/発表者名
      清田泰裕、川本正、他
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 6 号: 5 ページ: 2004-2010

    • DOI

      10.1039/c7ta06987a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      清田泰裕, 川本正, 森健彦
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Low-temperature characteristics of thermoelectric generators using molecular conductors2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori
    • 学会等名
      14th International Symposium on Functional π-Electron Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Field-Effect Modulated Thermopower in Rubrene Single Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto, Takehiko Mori
    • 学会等名
      The 13th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規電荷移動錯体Me2(SMe)2TTF-TCNQの構造と物性2018

    • 著者名/発表者名
      清田泰裕、Jeon Ie-rang、Jeannin Olivier、川本正、森健彦
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Low-temperature characteristics of the thermoelectric generator using organic charge-transfer salts2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Kiyota, Tadashi Kawamoto and Takehiko Mori
    • 学会等名
      International Conference on Hybrid and Organic Thermoelectrics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      清田 泰裕, 川本 正, 森 健彦, 加藤礼三
    • 学会等名
      日本化学会春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 分子性導体を用いた簡易熱電発電素子2017

    • 著者名/発表者名
      清田 泰裕, 川本 正, 森 健彦
    • 学会等名
      応用物理学会秋期学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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