| 研究課題/領域番号 |
21K04629
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
有田 誠 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30284540)
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| 研究分担者 |
宗藤 伸治 九州大学, 工学研究院, 教授 (20380587)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 熱電発電 / 薄膜 / 半導体 / 熱電材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、多数のバルク熱電材料の集合体で構成される従来型の熱電発電π型モジュールに代わる、熱電発電素子を熱勾配と垂直方向に薄膜化・積層化することにより体積圧縮した新規発電モジュール構造を提案する。この薄膜積層モデルの特徴は、熱勾配と垂直方向、且つ、薄膜の面直方向に電力を取り出す点にある。n型,p型-Siによる積層構造をスパッタリング法により作製し、温度勾配付与時の発電特性を調査する。また積層構造内における局所領域の電位分布をケルビンプローブフォース顕微鏡(KFM)により観察し、有限要素法による電位分布シミュレーションと合わせて発電状況の解析と適切な構造設計について検討を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、熱電発電モジュールの体積密度向上の可能性を持つ薄膜積層型垂直熱電発電デバイスを試作しその特性について検討・検証をおこなうことを目的として実験を行った。
まず、p-Si/n-Siから成るp/n接合薄膜構造の上下に金属電極を薄膜形成したデバイスを試作し、熱電発電特性を調査したうえで、2層p/n構造を絶縁層を介して積層化したモジュルーの試作を行い、積層化による起電力の向上の有効性を確認した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、熱電発電モジュールの体積密度の大幅な向上の可能性を持つ薄膜積層型垂直熱電発電デバイスを試作し、熱電材料の薄膜化と熱勾配に垂直方向への電力の取り出しと積層化による電圧の向上を確認した。また、薄膜構造における電位分布の可視化を試み、発電特性との関係を調査した。この研究により得られた知見は、熱電発電モジュールの体積圧縮の新しい手法の手がかりとなり、昨今のエネルギー問題を解決するブレークスルーとして社会に貢献できると考えられる。
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