シリコンバルク熱電変換材料
～バルク材料シリコンで高効率の熱電変換素子を実現～
塩見 淳一郎（東京大学）
発明のポイント
- ・環境親和性、安定性、資源量に優れた熱電変換材料としてSiを選定（下図上）
- ・Si熱電材料には、ナノワイヤ・ナノポアを有する薄膜等のナノ構造とバルク構造があるが、単純な熱電変換素子構造（下図下）が可能なバルク構造Siを選択
- ・バルク構造Siの課題は性能指数ZTが低いことであるが、多孔質構造の最適化で高ZTと低異方性を両立
発明の概要
- ・シリコンウエハの異方性エッチングによりポーラスなシリコンナノワイヤを作製し（下図中）、加圧で軸方向にクラッシュさせつつプラズマ焼結することで、界面に歪みを導入したナノ細孔構造（下図下）を有するシリコンバルク材料を作製した。従来のナノ構造シリコンが有する異方性は小さく、ZT>0.2を示す。
従来技術との比較・優位性
| BiTe | ナノ構造Si | バルク構造Si | 本発明 | |
|---|---|---|---|---|
| 毒性 | × | 〇 | 〇 | 〇 |
| 資源豊富性 | × | 〇 | 〇 | 〇 |
| 異方性 | 〇 （バルク材料） |
× | 〇 （バルク材料） |
〇 （バルク材料） |
| 熱電性能 | ◎ （ZT～1） |
〇 （ZT=0.1～0.6） |
× （ZT<0.1） |
〇 （ZT>0.2） |
想定される用途
- ◎ IoTセンサー用電源（自立電源、メンテナンスフリー）
- ◎ ウェアラブルデバイス用電源
ライセンス可能な特許
発明の名称：シリコンバルク熱電変換材料
国際公開番号：WO2019/131795
登録番号：特許第6966100号、米国11456406
