【2025–2026最新研究】熱電材料研究のトレンド分析 ― 廃熱発電を実現する次世代材料技術 ―

2026-03-06 Tii技術情報研究所

世界のエネルギーの約60％は、産業設備や自動車、電子機器などから未利用熱（廃熱）として失われているといわれています。
この熱エネルギーを直接電力に変換できる技術が熱電発電（Thermoelectric Generation）です。

熱電材料は、温度差によって電圧を生み出すゼーベック効果を利用して発電します。
熱電材料性能は次の指標で評価されます。

zT=S²σT／κ

（S：ゼーベック係数、σ：電気伝導率、κ：熱伝導率）

近年の研究では

新しい電子状態の発見
ナノ構造・欠陥制御
AIによる材料探索
小型発電デバイス

などが進み、熱電材料研究は急速に進展しています。
本記事では、過去1年間に発表された12件の研究成果をもとに、最新の技術動向と今後の研究方向を整理します。

最近の研究成果（12件の研究概要）

1 半金属でも高性能な熱電材料が可能に

京都大学の研究グループは、準一次元物質 Ta₂PdSe₆ において、新しい準粒子状態「プラズモニックポーラロン」を観測しました。従来、熱電材料は半導体が有利とされていました。しかし半金属では電子と正孔が同時に存在し、ゼーベック効果が打ち消されるため、熱電材料には不向きと考えられていました。
本研究では、軽い正孔、重く散乱される電子、というキャリア輸送の非対称性が存在することが明らかになり、大きな熱電効果を示す可能性が示されました。これは、半金属材料も熱電材料として利用できる可能性を示す重要な成果です。

世界初、超高性能熱電半金属に潜む「プラズモニックポーラロン」を直接観測―半金属は熱電材料にならないという常識を覆す―

2026-03-04 京都大学京都大学の吉田鉄平教授らの研究グループは、半金属でありながら極めて高い熱電性能を示す準一次元物質Ta₂PdSe₆において、新しい準粒子状態「プラズモニックポーラロン」を世界で初めて直接観測した。研究ではKEKフ...

2 デュアル欠陥工学による薄膜熱電材料の高性能化

中国科学院は、Mg₃(Sb,Bi)₂系薄膜において、Mg過剰導入、Teドーピング、を組み合わせたデュアル欠陥工学を提案しました。この方法により、キャリア濃度の最適化、格子欠陥によるフォノン散乱増加、が同時に実現されました。
その結果、zT ≈ 0.47（525K）、IoT向け発電デバイス実証、を達成しています。

デュアル欠陥工学戦略によりN型熱電薄膜の性能を向上（Dual-Defect Engineering Strategy Boosts N-Type Thermoelectric Thin Film Performance）

2026-03-02 中国科学院（CAS）中国科学院金属研究所の邰開平教授らの研究チームは、デュアル欠陥工学戦略を用いて高性能なn型Mg3(Sb,Bi)2系熱電薄膜を開発した。Mgは蒸気圧が高く成膜時に欠損が生じやすいこと、また薄膜でのキャ...

3 横型熱電材料の設計原理

通常の熱電発電では、温度差方向に電流が流れます。しかしこの研究では、温度差と直交方向に電流が流れる横型熱電効果に注目しました。
研究では、軸依存伝導極性（ADCP）を持つ材料を対象に、4282材料を探索、57候補材料を特定しました。
この構造は、電極配置が簡単で機械的耐久性が高いという利点があり、新しいデバイス構造として期待されています。