中・高温域排熱を利用するシリサイド系p形半導体の創成と熱電発電モジュールの開発

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03221
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 西尾 圭史 東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 教授 (90307710)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 熱電変換 / マグネシウムシリサイド / マンガンシリサイド / n型半導体 / p型半導体 / p-nモジュール / ニッケルシリサイド

研究成果の概要

本研究課題ではシリサイド系熱電変換モジュールの開発を目的とし、Mg2Si熱電変換材料の高性能化、p型Mg2Siの開発および新規電極材料の開発を行った。SPS装置を用いることで高純度Mg2SiおよびMnSi1.75の合成に成功した。LiをドープすることでMg2Siのp型半導体化に成功したが、モジュールへの応用には電気伝導度が低い値であった。熱電変換材料であるMg2SiおよびMnSi1.75と電極であるNiとの反応相形成による界面における破壊を促進させるMgの生成を抑制するための新規電極材料としてのNiSi2を開発し、バッファ層として応用した結果、素子と電極界面での破壊を抑制することに成功した。

自由記述の分野

セラミックス科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱電発電は工業炉、焼却炉、自動車エンジンなどから排出される熱の利用、火力発電や高温作動固体酸化物型燃料電池（SOFC）と併用することが可能であり、シナジー効果による化石燃料の使用量削減、CO2排出量の削減が期待できる。しかし、現状では中・高温域で使用できる市販ベースのモジュールは極僅かであり、研究開発段階のモジュールも、その性能は十分と言えず、新しい熱電材料の開発とモジュール化が必要である。