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오사카(大阪)대학 대학원 기초공학연구과, 고치(高知)공과대학 환경이공학군 등의 공동 연구그룹이 혁신적인 열전성능 향상 방법론을 제안, 환경 조화형 SiGe 재료로 최고의 열전 변환 출력 인자(= (제벡 계수)2 × (전기 전도도))를 실온 부근에서 달성함. 이는 기존 SiGe 보다 약 3배 증가된 수치임.

실온 부근의 방대한 폐열을 전기로 직접 변환할 수 있는 열전 재료는 새로운 그린 에너지원으로서 기대되고 있지만, 트레이드 오프 관계의 제벡 계수와 전기 전도도를 동시에 향상시키는 어려웠음.

연구진은 급냉법을 이용하여 SiGe와 Au의 복합 재료를 제작하고, SiGe 중의 Au 불순물이 형성하는 공명준위를 통해 제벡 계수를 증가시키고, Au 결정의 우수한 전기 전도성을 활용하여 전기 전도율도 동시에 증가시키는 데 성공함.

결과적으로 우주선에 탑재되는 전원(Radioisotope Thermoelectric Generator, RTG)에 이용되는 SiGe 열전 재료의 값을 3배나 웃도는 최고 수준의 열전 출력 인자를 실온 부근에서 달성하는 데 성공함. SiGe 재료는 환경 조화성은 높지만 우주선의 전원으로서 고온 영역에서만 사용되었음.

본 연구 성과는 고성능 SiGe 재료를 이용함으로써 생활에 밀접한 실온 부근의 폐열을 전기 에너지로 재이용 할 수 있는 ‘새로운 에너지 사회’가 실현될 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Journal of Materials Chemistry(Anomalous enhancement of thermoelectric power factor by thermal management with resonant level effect)에 게재됨.