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0から1. 8(550 ℃)まで向上させることに成功した。さらに、このナノ構造を形成した熱電変換材料を用い、 セグメント型熱電変換モジュール を開発して、変換効率11%(高温側600 ℃、低温側10 ℃)を達成した( 2015年11月26日産総研プレス発表 )。これらの成果を踏まえ、今回は新たなナノ構造の形成や、新たな高効率モジュールの開発を目指した。 なお、今回の材料開発は、国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託事業「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」(平成27年度から平成30年度)による支援を受け、平成29年度は未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合事業の一環として実施した。モジュール開発は、経済産業省の委託事業「革新的なエネルギー技術の国際共同研究開発事業費」(平成27年度から平成30年度)による支援を受けた。 熱電変換材料において、熱エネルギーを電力へと効率的に変換するには、電流をよく流すためにその電気抵抗率は低い必要がある。さらに、温度差を利用して発電するので、温度差を維持するために、熱伝導率が低い必要もある。これまでの研究で、電流をよく流す一方で熱を流しにくいナノ構造の形成が、性能向上には有効であることが示されて、 ZT は2. 0に近づいてきた。今まで、PbTe熱電変換材料ではナノ構造の形成には、Mgなどのアルカリ土類金属を使うことが多かったが、アルカリ土類金属は空気中で不安定で取り扱いが困難であった。 今回用いた p型 のPbTeには、 アクセプター としてナトリウム(Na)を4%添加してある。このp型PbTeに、アルカリ土類金属よりも空気中で安定なGeを0. 東京 熱 学 熱電. 7%添加することで(化学組成はPb 0. 953 Na 0. 040 Ge 0. 007 Te)、図1 (a)と(b)に示すように、5 nmから300 nm程度のナノ構造が形成されることを世界で初めて示した。図1 (b)は組成分布であり、このナノ構造には、GeとわずかなNaが含まれることを示す。すなわち、Geの添加がナノ構造の形成を誘起したと考えられる。このナノ構造は、アルカリ土類金属を用いて形成したナノ構造と同様に、電流は流すが熱は流しにくい性質を有するために、 ZT は530 ℃で1. 9という非常に高い値に達した(図1 (c))。 図1 (a) 今回開発したPbTe熱電変換材料中のナノ構造(図中の赤い矢印)、 (b) 各種元素(Ge、鉛(Pb)、Na、テルル(Te))の組成分析結果(ナノ構造は上図の黒い部分)、(c) 今回開発したPbTe熱電変換材料(p型)とn型素子に用いたPbTe熱電変換材料の ZT の温度依存性 今回開発したナノ構造を形成したPbTe焼結体をp型の素子として用いて、 一段型熱電変換モジュール を開発した(図2 (a))。ここで、これまでに開発した ドナー としてヨウ化鉛(PbI 2 )を添加したPbTe焼結体(化学組成はPbTe 0.