令和６年９月１９日

九州大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

室温程度の環境熱を活用した新機構有機熱電デバイスの開発に成功

～有機エレクトロニクスが切り拓くクリーンエネルギー発電～

ポスト

ポイント

• 現在、再生可能なエネルギー源や未利用のエネルギー源の有効利用が世界中で広く求められているが、廃熱を利用した熱電変換デバイスの利用は限定的
• 室温程度の熱（フォノン）を用いて電荷・電子移動に変換することに成功
• 温度勾配のない室温で小規模な熱エネルギーを取り出す新しい発電メカニズムを提供

九州大学、九州先端科学技術研究所（ＩＳＩＴ）、フランス国立科学研究センター（ＣＮＲＳ）、（株）ＧＣＥインスティチュート（ＧＣＥＩ）の研究グループは、有機電荷移動（ＣＴ：Cｈａｒｇｅ Tｒａｎｓｆｅｒ）錯体を活用した新しい発電機構に基づく有機熱電デバイスの開発に成功しました。

従来の熱電素子は、ゼーベック効果を利用した発電機構に基づいていますが、今回、九州大学 最先端有機光エレクトロニクス研究センター（ＯＰＥＲＡ）・安達 千波矢 教授らが開発したデバイスは、有機ｐｎ接合のアーキテクチャーを基礎に、有機電荷移動（ＣＴ）界面における電荷分離（ＣＴ励起子解離）を熱（フォノン）で実現し、さらに、隣接する電荷輸送層間の電荷拡散・移動を実現することで、電子とホールをそれぞれ対極に取り出すことに成功しました。本デバイスは、タンデム型ＯＬＥＤ（有機ＥＬ）構造における電荷発生機構、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料における励起子の熱励起機構、有機太陽電池における電荷分離機構を融合した技術です。

現在、再生可能なエネルギー源や未利用のエネルギー源の有効利用が世界中で広く求められています。廃熱を利用した熱電変換デバイスは一部実用化されているものの、毒性の高い材料を使用すること、使用する貴金属が高価であること、温度勾配を形成するための設置スペースが限られているなどの問題があり、その利用は限定的です。本研究では、日常生活環境において室温で存在する数１０ミリ電子ボルト程度の微小熱エネルギーに着目し、有機ＣＴ界面の電荷分離機能、有機薄膜中の電荷拡散、およびフェルミ準位の整列によって駆動される有機ヘテロ界面でのキャリア移動現象を利用した、新しい動作メカニズムを開発しました。

本研究成果は、２０２４年９月１９日（木）（中央ヨーロッパ時間）に科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」誌にて公開されます。

本研究の成果は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） ＣＲＥＳＴ（研究代表者：京都大学 畠山 琢次 教授、含ＢＮナノカーボン分子の自在合成と配向制御（ＪＰＭＪＣＲ２２Ｂ３））、日本学術振興会 国際先導研究（２３Ｋ２００３９）の支援および（株）ＧＣＥＩとの共同研究により得られたものです。

＜プレスリリース資料＞

• 本文 ＰＤＦ（１．３７ＭＢ）

＜論文タイトル＞

“Organic Thermoelectric Device Utilizing Charge Transfer Interface as the Charge Generation by Harvesting Thermal Energy”

ＤＯＩ：10.1038/s41467-024-52047-5

＜お問い合わせ先＞

• ＜研究に関すること＞

  安達 千波矢（アダチ チハヤ）

  九州大学 大学院工学研究院 教授／最先端有機光エレクトロニクス研究センター（ＯＰＥＲＡ） センター長
  Tel：092-802-6920 Fax：092-802-6921
  E-mail：adachicstf.kyushu-u.ac.jp

  八尋 正幸（ヤヒロ マサユキ）

  九州先端科学技術研究所（ＩＳＩＴ） マテリアルズ・オープン・ラボ（ＭＯＬ） 有機光デバイスグループ グループ長
  Tel：092-807-4511
  E-mail：yahiroisit.or.jp

• ＜ＪＳＴ事業に関すること＞

  安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）

  科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
  〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
  Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
  E-mail：crestjst.go.jp

• ＜報道担当＞

  九州大学 広報課

  Tel：092-802-2130 Fax：092-802-2139
  E-mail：kohojimu.kyushu-u.ac.jp

  科学技術振興機構 広報課

  〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
  Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
  E-mail：jstkohojst.go.jp

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