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JST・名大、排熱を電気エネルギーに変換する熱電材料の評価手法を開発

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今回、本研究では、半導体技術としてよく知られている電界効果トランジスタ(FET)構造を利用することによって、熱電材料の評価手法(熱電能電界変調法)を開発した。従来、熱電材料を評価するためには電子濃度を変化させた数多くの試料を作製し、熱電能と電子濃度を1つずつ計測しなければならなかったため、熱電材料の性能(熱電変換効率)の最適化に時間がかかっていた。これに対し、今回の評価法では電界効果トランジスタ構造を作製した1つの試料で熱電能のゲート電界変調を計測すればよく、大幅な時間短縮を実現した。また、従来の手法では、2次元電子ガスの熱電能を調べるために人工超格子構造を作製しなければならなかったが、今回の評価法では試料に高いゲート電圧を印加することでナノメートル単位の薄い2次元電子ガスが作製することができる。

工場や火力発電所などから出る排熱(熱エネルギー)を電気エネルギーに変換する高性能な熱電材料の開発が世界中で進められている。熱電材料を排熱のある工場や火力発電所に設置すれば、エネルギーの利用効率が高まり、その結果、化石燃料の消費量・CO2排出量の削減につながる。

本研究は、JST課題達成型基礎研究の一環として、名古屋大学大学院工学研究科の太田裕道准教授らの研究グループが実施した。東京工業大学の細野秀雄教授、東京大学の幾原雄一教授らとの共同研究で行われたもので、研究成果は、2012年1月3日(ドイツ時間)にドイツ科学雑誌「AdvancedMaterials」のオンライン版で公開される予定。

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