切り紙構造を利用したフレキシブル熱電発電デバイスの開発

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8つある研究項目のうち「基板構造の最適化」および「熱電素子形状の最適化」について取り組んだ．具体的には，(1)電気抵抗軽減のため，銅層の厚みを増大させて性能を計測した．さらに，(2)異なる寸法の熱電素子を実装した8種類の巴型熱電発電デバイス（巴型TEG）を作製し，各巴型TEGを立ち上げながら性能計測する実験，および(3)上基板の幅を1mmから13mmまで拡大させながら性能計測する実験を行った．結果として実験(1)では，様々な厚みの銅基板に対して寸法が6×2×1mmの熱電素子を実装した巴型TEGを複数作製し，その電気抵抗を比較した．銅層の厚みが8μmの巴型TEGの電気抵抗は107mΩ/pairであったが，厚みを40 μmまで増大させた場合，60mΩ/pairの電気抵抗となった．また，銅層の厚みを50μm以上に増大させた場合，立ち上げ後の復元力が過大となったため，上限を40μmと定めた．これにより，試作巴型TEGの電気抵抗の43%を削減させることに成功した．実験(2)からは，巴型TEGをフラットな状態から立ち上げていき，熱電素子の片方（低温側）が高温熱源から離れることの効果は非常に大きくなるということが明らかとなった．また，熱電素子のサイズに関しては，熱電素子の幅と厚みを大きくすることは効果が見られなかった一方で，長さを長くすることが大きく貢献することが判明した．実験(3)については，単純に立ち上がった上基板の幅（面積）が大きくなるにつれて発電量が増大するという傾向は示されず，最適値を持つ傾向となった．すなわち，上基板の面積がある値（幅が7mm）を超えて増大した場合は熱電素子内に生じる温度差が小さくなってしまう傾向が見られた．大面積の上基板内にどのような温度分布が生じているのかを解明するため，次年度では数値シミュレーションを用いて上基板の温度分布を明らかにする予定である．