Efficiency enhancement of organic thermoelectric generators by amplifying the density of states

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今年度は、本研究の遂行上必須となる有機熱電素子評価に特化した高性能測定・自動分析システムの開発を行った。有機半導体材料の低い電気伝導率から由来する浮遊起電力は有機熱電材料の評価に大きな誤差を与える。これを解決するために従来の測定系に多チャネル高入力インピーダンス計装増幅器を搭載し、有機熱電材料の熱電特性をより精密かつ高速で自動評価・分析できるシステムを新しく構築した。さらに水や酸素に敏感な有機熱電材料を評価するために不活性窒素環境下で特性評価できる環境も構築した。続いて、高性能測定・自動分析システムを用いて、ドーパント材料の種類に関わらず有機半導体の本質的な熱電特性を調べられる革新的な素子プラットフォームを構築した。本研究で開発した誘電率の高いイオンゲル誘電層を用いた両極性有機熱電変換素子評価プラットフォームは、真性有機半導体のフェルミ準位をイオンゲルで電気化学的に大きく変調しp-n型両熱電変換特性を調べることができる。また、イオン液体の濃度を調整したイオンゲル誘電層を利用しているため酸化・還元状態を意図的に長時間保持することができ、一種の半導体とイオンゲルのみでp-n型両熱電変換素子を作製できるためコスト削減に繋がる有機両極性熱電変換素子を実現できる。キャリア移動度の高い有機半導体から新規材料まで、材料そのものが有する潜在熱電変換特性を網羅的に調査できるため、有機熱電材料の研究開発や材料探索に大きな役割を果たすことが期待できる。