フレキシブル熱電変換モジュールの開発と材料技術動向

第1部 フレキシブル熱電変換素子の技術開発動向と実用化の展望

(2013年10月18日 11:00〜12:30)

　排熱利用発電への期待から熱電変換材料・素子への関心が高まっている。一般的な熱電変換素子は、ブロック状の熱電材料が2枚のセラミックス板にサンドイッチされた構造である。ほぼ全ての熱電変換材料が利用できること,発電原理に忠実で効率を低下させる要因が少ないなどの利点があるものの、機械的強度やコストの点での課題も指摘されている。 　一方、このような従来型の熱電変換素子とは異なる、柔軟なシート状の“フレキシブル熱電変換素子”が近年幾つかのグループから発表され、注目されている。これらは、機械的強度やコスト、量産性などの点で従来型素子に比べて有利と考えられている。 　本セミナーでは、熱電変換材料・素子の基礎について解説するとともに、フレキシブル熱電変換素子の研究開発の動向、応用が期待される分野を含めた今後の展望について述べる。

1. 熱電変換材料の基礎
   1. 熱電現象 (ゼーベック効果,ペルチェ効果)
   2. 主な熱電変換材料
   3. 熱電特性の向上策
2. 熱電変換素子による発電
   1. 一般的な素子構造
   2. 発電効率の考え方
   3. 利用例
3. フレキシブル熱電変換素子
   1. フレキシブル熱電変換素子の研究開発動向
   2. 素子の基本構造
   3. 当研究室におけるフレキシブル熱電変換素子の研究開発
      1. 基本コンセプト
      2. シミュレーションによる特性予測
      3. 素子の試作と発電性能
   4. フレキシブル熱電変換素子の今後の展望
4. まとめ
• 質疑応答

第2部 フレキシブル熱電変換素子に向けた有機熱電材料の探索

(2013年10月18日 13:20〜14:50)

　衣食住にわたってエレクトロニクス未踏の領域はまだまだ多い。そこにエレクトロニクス発展の場を拡げるためには、プリンテッドエレクトロニクスなどに代表される「フレキシブルエレクトロニクス技術」を確立してゆかなければならず、今後多くの革新的技術が必要とされる。なかでも電源の問題は重要であり、フレキシブルデバイスにおいて必要最低限の電源を自ら確保できれば、応用範囲が格段に広がると考えられる。
人間が生活する限りは少なからぬ熱流が生じており、衣服や人間の住環境には必然的に内外温度差が生じている。この廃熱のごく一部でも電気エネルギーとして再利用できれば、センサーネットワークのための最低限の電子回路動作が維持できると考えられる。 　本講演では、このような目的に向けたこれまでの研究を中心に、有機熱電材料の基礎から将来展望までを解説する。

1. 様々な熱電機構と熱電変換デバイス概論
2. 有機熱電材料の目指すところ
3. 熱電材料探索における注意点
4. 有機薄膜材料のための特殊評価装置
5. これまでの材料探索結果の概要
6. 有機熱電材料の将来展望
• 質疑応答

第3部 高い熱電変換性能を目指した導電性高分子の合成・評価とモジュール開発 ～現状と課題～

(2013年10月18日 15:00〜16:00)

　導電性高分子をはじめ有機系熱電材料は、軽量でフレキシブルであること、希少元素を含まないこと、無機材料に比べて製造コストが抑えられる可能性があること、などの利点から、従来の無機系熱電材料の低温域熱源への適用範囲を広げる材料・素子として、この数年で急速に注目が高まってきている。 　一方で、新しい材料ゆえに素子開発では検討すべき課題が多い。そこで本セミナーでは、国内外の研究動向を踏まえつつ、当グループの導電性高分子材料の熱電変換素子応用に向けた研究開発の成果を紹介し、今後のさらなる高性能化に向けた課題を述べる。

1. 熱電発電の現状と課題
   1. 現在の未利用熱エネルギー
   2. 熱電発電の用途
   3. 熱電発電の実用化事例と課題
   4. フレキシブル熱電発電としての有機熱電材料の可能性
2. 導電性高分子材料の熱電特性
   1. 導電性高分子熱電の歴史
   2. 関連する有機・炭素系材料の熱電変換研究の歴史と現状
   3. PEDOT系での現状
3. 導電性高分子材料の評価
   1. X線での構造評価
   2. イオン液体ゲートFETでのキャリア濃度、移動度評価
   3. 熱電特性評価
4. 熱電モジュールの試作と発電性能試験
   1. モジュールの設計と試作
   2. 発電性能試験
5. さらなる高性能化に向けた課題
• 質疑応答