研究者たちは、周囲温度からエネルギーを収集できる新しい有機熱電デバイスを開発しました。熱電デバイスは今日いくつかの用途に使用されていますが、それらを最大限に活用するには依然としてハードルが存在します。有機材料のユニークな能力を組み合わせることで、チームは温度勾配のない室温で熱電発電を行うフレームワークの開発に成功しました。

彼らの発見は雑誌に掲載されましたネイチャーコミュニケーションズ。

熱電デバイスまたは熱電発電機は、熱を電気に変換できる一連のエネルギー生成材料です。温度勾配– デバイスの片側が熱く、もう一方の側が冷たい場合。このような装置は、収穫における潜在的な有用性のため、研究開発の重要な焦点となっています。廃熱他のエネルギー生成方法から。

おそらく、熱電発電機の最もよく知られた用途は次のとおりです。宇宙探査機火星探査機キュリオシティや探査機ボイジャーなど。これらの機械は放射性同位元素を動力源としています熱電発電機、から発生する熱放射性同位体熱電デバイスに温度勾配を与えて機器に電力を供給します。

しかし、高い製造コスト、有害物質の使用、低いエネルギー効率、比較的高い温度の必要性などの問題により、熱電デバイスは今日でも十分に活用されていません。

「私たちは、周囲温度からエネルギーを収集できる熱電デバイスを作成する方法を研究していました。私たちの研究室は、エネルギーの有用性と応用に焦点を当てています。有機化合物、多くの有機化合物はユニークな特性相互にエネルギーを簡単に伝達できるのです」と、この研究を主導した九州大学有機フォトニクス・エレクトロニクス研究センター（OPERA）の安達千早教授は説明する。

「有機化合物のパワーの好例は、OLED や有機太陽電池に見られます。」

鍵となるのは、電荷移動界面として機能する化合物、つまり相互に電子を容易に移動できる化合物を見つけることでした。さまざまな材料をテストした後、チームは銅フタロシアニン (CuPc) と銅ヘキサデカフルオロ フタロシアニン (F) という 2 つの実行可能な化合物を発見しました。₁₆CuPc）。

「この新しい界面の熱電特性を改善するために、フラーレンと BCP も組み込みました」と安達氏は続けます。「これらは電子輸送を促進する優れた物質であることが知られています。これらの化合物を一緒に追加すると、デバイスの能力が大幅に向上しました。最終的に、180 nm の CuPc 層と 320 nm の F 層を備えた最適化されたデバイスが完成しました。₁₆CuPc、20nmのフラーレン、20nmのBCP。」

最適化されたデバイスの開放電圧は 384 mV、短絡電圧は 384 mV でした。電流密度1.1μA/cm²、最大出力94 nW/cm²。さらに、これらの結果はすべて、温度勾配を使用せずに室温で達成されました。

「開発においてはかなりの進歩があった」熱電デバイスそして私たちが新しく提案する有機デバイスは、確実に物事を前進させるのに役立つでしょう」と安達氏は結論づけています。

「私たちはこの新しいデバイスの開発を続けて、さまざまな材料でさらに最適化できるかどうかを確認したいと考えています。デバイスの面積を増やせば、より高い電流密度を達成できる可能性さえありますが、これは有機材料でも珍しいことです。有機材料が驚くべき可能性を秘めていることを示すためです。」