フレキシブル熱電変換素子を目指した金属基板上への酸化物熱電薄膜作製技術の創製

开发出在金属基板上制作柔性热电转换元件用氧化物热电薄膜的技术

基本信息

批准号：
18760666
负责人：
一野祐亮
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

フレキシブル金属テープ上への熱電変換薄膜素子の開発を目指し、酸化物熱電変換材料(Sm_<2-x>Ce_xCuO_4、以下SCCO)のエピタキシャル成長と、現在実用化されているカルコゲナイド(Bi_2Te_3およびSb_2Te_3)材料を用いてプレーナ型熱電変換薄膜モジュールを試作し、発電特性について評価を行った。MgO中間層配向型金属テープ上に第二中間層としてSrTiO_3(STO)を採用し、SCCO薄膜と共にパルスレーザー蒸着(PLD)法によって様々な条件下で成長させた。その結果、STO中間層上SCCO薄膜は、酸素圧力0.2Torr、930℃以上でSCCO(001)[100」//STO(001)[100]の方位関係を持ってエピタキシャル成長することを確認した。このSCCO膜の熱電性能は、抵抗率〜1Ωcm、熱起電力-300μV/K@RTであった。STO単結晶基板上SCCOに比べて抵抗率が1〜2桁高いが、STO中間層の結晶性改善で解決可能と考えられる。次に、カルコゲナイドを用いてプレーナ型熱電変換薄膜モジュールをAI_2O_3(001)単結晶基板上に作製したところ、温度差90℃で一対当たり最大2.4mVの熱起電力と24nWの発電力が得られた。市販カルコゲナイド系バルクモジュールと比較すると起電力、発電力ともに遠く及ばないが、これは薄膜の断面積が小さいことによる大きな抵抗とモジュール部(〜10μm厚)に比べて基板(〜500μm厚)が厚いために熱源からの温度差がモジュール部に十分に伝わらなかった事が主な原因である。モジュールの高密度化、肉薄・高熱伝導率基板の採用で解決可能である。以上から、本研究によってSCCO薄膜をフレキシブ金属テープ上でエピタキシャル成長させることが可能となった。また、プレーナ型モジュールの構造を用いることで、熱電変換薄膜による熱電変換発電が実現可能であることを実証した。

旨在在柔性金属磁带上开发热电转换薄膜装置，我们使用氧化物热电转换材料的外延生长（sm_ <2-x> ce_xcuo_4，以下是scco___________________2）（scco__2）和chalcogenide eth and sy_2tece and s s sm_ <2-x> ce_xcuo_4生产了平面型热电转换薄膜模块（SM_ <2-x> ce_xcuo_4）使用并评估发电特性。 SRTIO_3（STO）用作MGO Interlayer面向的金属胶带上的第二个中间层，并在各种条件下使用脉冲激光蒸气沉积（PLD）方法以及SCCO薄膜生长。结果，已经证实，STO中间层上的SCCO薄膜在SCCO（001）[100英寸）[100英寸// sto（001）[100] [100] [100] [100]的氧气压力为0.2 TORR且高于930°C的方向上生长。在STO单晶底物上，比SCCO高的数量级，可以通过改善STO中间层的结晶度来解决。与市售的葡萄球菌散装模块相比，在90°C的温度差下获得了NW，电动力和产生功率都不远远与电动力相比，但这主要是由于薄膜和厚度较厚的厚度（〜500μm）的散热器而引起的较大的电阻源未足够传输到模块部分。这可以通过增加模块的密度和使用薄的高温电导率底物来解决。从这一点开始，这项研究使得在柔性金属磁带上外世上种植SCCO薄膜是可能的。此外，已经证明，可以使用平面模块的结构来实现使用热电转换薄膜的热电转换发电。