電界効果トランジスタ構造を用いた有機低分子熱電材料の探索・開発

利用场效应晶体管结构的有机小分子热电材料的研究与开发

• 批准号: 17J05098
• 负责人: 清田 泰裕
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J05098/
• 关键词: 熱電材料; 有機半導体; 電界効果トランジスタ; 電荷二重層トランジスタ

熱電発電技術は世界的なエネルギー不足を解決するため, またIoT技術の電源供給源として広く研究されている. 本研究では結晶構造が明確な有機低分子半導体に, 任意にキャリア濃度制御が可能な電界効果トランジスタ構造を適用することによって, 高効率な熱電発電材料の開発を行い, 有機熱電材料の設計指針を確立させることを目的としている.昨年度は熱伝導率の小さな基板を用いて作成したルブレン単結晶トランジスタに対して, レーザー加熱を用いた熱起電力測定を行い, 熱起電力のキャリア濃度依存性の測定を可能にした. このようなレーザー加熱を用いた熱起電力測定はこれまでにない測定法であり, 高速・正確な測定ができることから, 重要である.本年度は様々な材料・絶縁層を用いたトランジスタに本測定法によって熱起電力のキャリア濃度依存性の測定を試みた. 広い範囲のキャリア濃度において結果を得るためには, ルブレン単結晶のように高い移動度と, ON状態での低い抵抗値が必要であることが分かった. イオン液体を絶縁層に用いたトランジスタは, 電界によってイオンが有機低分子材料内部に入り込んで破壊してしまうため, 測定が困難であった. しかしイオン液体を用いたトランジスタはより広い範囲のキャリア濃度で熱起電力のキャリア濃度依存性を測定するために必須であり, 更なる研究が求められる.ルブレン単結晶トランジスタの熱起電力のキャリア濃度依存性については, 複数のサンプルで低温まで詳細に研究を行った. 室温においてキャリア濃度が増加するにつれて電気伝導度が上昇し, 一方熱起電力は減少するような振る舞いが得られた. 絶縁層界面の1分子層にキャリアが注入されていると仮定すると, 最大で6 microW/(mK^2)の変換効率が得られた. 更なるキャリアドーピングによってより大きな変換効率が実現できると考えられる.

Thermoelectric power technology is the world's largest power supply source for IoT technology. In this study, the crystal structure of organic low molecular semiconductor is defined, and the concentration of organic low molecular semiconductor is controlled. In the past year, the thermal conductivity of small substrates has been determined by using a single crystal. This is a very important method for measuring the thermal power of a heating system. This year, the material and insulation layer are used to determine the concentration dependence of the thermal energy. In the middle of the range, the concentration of the crystal is high, and the resistance is low. It is difficult to measure the internal structure of organic low molecular materials. For example, if the temperature of the liquid is too high, the temperature of the liquid is too high. A detailed study of the concentration dependence of the thermal power of a single crystal on the low temperature was carried out. The room temperature is high, the concentration is high, the conductivity is high, and the heating power is low. The maximum conversion rate of 6 microW/(mK^2) is obtained by adjusting the injection time of the first molecular layer at the interface of the insulating layer. The rate of change is realized in the following ways:

项目成果

分子性導体β-[N(CH3)4][Pd(dmit)2]2の熱起電力とエネルギーバンド

分子导体β-[N(CH3)4][Pd(dmit)2]2的热电动势和能带

• 发表时间: 2017
• 作者: 清田泰裕;川本正;森健彦;加藤礼三
• 通讯作者: 加藤礼三

新規電荷移動錯体Me2(SMe)2TTF-TCNQの構造と物性

新型电荷转移配合物Me2(SMe)2TTF-TCNQ的结构和物理性质

• 发表时间: 2018
• 作者: Y. Wang;T. Hasegawa;H. Matsumoto;T. Mori;T. Michinobu;川本正,森健彦,杉浦栞理,寺嶋太一,宇治進也,白旗崇,御崎洋二;樊 書翔,清田 泰裕,飯嶋 広大,梁 秀鎬,川本 正,Gal Yann Le,Lorcy Dominique,森 健彦;植草 友輝,佐藤 諒之介,森 健彦;佐藤 諒之介,劉 東昊,東野 寿樹,角屋 智史,川本 正,森 健彦;森健彦,佐藤諒之介,眞田怜,飯嶋広大,劉東昊,東野寿樹,川本正;劉 東昊,長谷川 司,芦沢 実,川本 正,松本 英俊,森 健彦.;佐藤 諒之介,川本 正,森 健彦;眞田 怜,劉 東昊,佐藤 諒之介,飯嶋 広大,川本 正,森 健彦;清田 泰裕,Jeon Ie-rang,Jeannin Olivier,川本 正,森 健彦,Fourmigue Marc
• 通讯作者: 清田 泰裕,Jeon Ie-rang,Jeannin Olivier,川本 正,森 健彦,Fourmigue Marc

Low-temperature characteristics of thermoelectric generators using molecular conductors

使用分子导体的温差发电器的低温特性

• 发表时间: 2019
• 作者: Yasuhiro Kiyota;Tadashi Kawamoto;Takehiko Mori
• 通讯作者: Takehiko Mori

Field-Effect Modulated Thermopower in Rubrene Single Crystals

红荧烯单晶中的场效应调制热电

• 发表时间: 2019
• 作者: Yasuhiro Kiyota;Tadashi Kawamoto;Takehiko Mori
• 通讯作者: Takehiko Mori

電界効果キャリアドーピングを用いたルブレン単結晶の熱電特性

场效应载流子掺杂红荧烯单晶的热电性能

• 发表时间: 2019
• 作者: 清田泰裕;川本正;森健彦
• 通讯作者: 森健彦