【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0077
利用課題名 / Title
熱電変換素子の開発（部材劣化評価）
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
熱電発電/ Thermoelctric Power Generation,電子分光/ Electron spectroscopy
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
岡田 誠司
所属名 / Affiliation
株式会社GCEインスティチュート
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
沖津 康平
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-308：多機能走査型X線光電子分光分析装置(XPS)with AES
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々はゼーベック素子とは異なる原理に基づいた“温度差不要”の新規な熱電変換素子の開発を行っている。
同素子は、特定の材料からなる中間層を仕事関数（WF）の異なる２枚の金属電極で挟んだシンプルな構成であり、中間層ならびに電極の組み合わせによって素子の出力が変化する。同素子の現状の課題の１つに、経時での出力低下（減衰）がある。この減衰の要因の１つとして電極の変質の可能性があり、それを検証するために、環境（温度、大気 or N2、中間層成分）が与える電極への化学的影響（組成変化など）を評価した。
実験 / Experimental
中間層に含まれる各成分を電極上に塗布し、その電極をオーブン中、大気下、50および100℃の環境で24時間放置した。その後、電極表面を溶媒で洗浄し、電極のWFと深さ方向の組成変化を測定した。また、同実験を大気下およびN2下でそれぞれ行った。
尚、WFは走査型ケルビンプローブシステムを、表面から深さ方向の組成変化はX線光電子分光装置（XPS PHI 5000）を用いて分析した。
・使用した材料電極：8種（A, B, C, D, E , F, G, H ）
・中間層に含まれる成分：なし, X, Y, X+Y
結果と考察 / Results and Discussion
＜結果＞
・電極4および8は、中間層成分Xによって電極が腐食（溶出）した。
・電極6および7は、中間層成分の有無に依らず、温度により酸化が進行した。
・その他の電極は、中間層成分や温度に対して安定であった。
＜考察＞
本素子は、出力発現要素の１つとして、両電極のWF差を利用しているが、出力の安定化（減衰の抑制）には、両電極のWFが経時で一定であることが望まれる。
腐食や酸化による組成変化によってWFは変化することが予測されるが、実際、中間層成分や温度によって組成変化が観察され、それに伴うWFの変化も観察された。このことから、組成変化によるWFの変化が出力低下の要因の１つであることが示唆された。しかしながら、組成変化とWFの変化が必ずしも一致していない例もあり、XPS測定の深さ方向分析においてsputter rateを落とした極表面の詳細な分析の必要性も認識させられた。この電極の組成変化を抑制するためには、中間層成分Xの変更や素子の封止などによる電極の腐食/酸化の抑制が必要であることが明らかになった。今後は、N2下での実験や素子を出力させた（電気的な負荷を与えた）場合の電極の化学的経時変化を観察する予定である。これらの結果を踏まえて、電極ならびに中間層成分の選定を行う。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
XPS測定におきましては、東京大学工学系研究科ナノ工学研究センターの沖津康平氏のご支援を頂きました。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件