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熱電変換材料 技術解説

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TECHNOLOGY EXPLAINER

熱電変換材料
― 「ZT」という一つの数字と、素子になったときの効率のあいだにあるもの

熱電変換材料は、温度差から電気を作り（ゼーベック効果）、電気を流して熱を運ぶ（ペルチェ効果）固体です。材料の良し悪しは無次元の性能指数 ZT で語られますが、ZT は温度ごとに変わる値で、素子にしたときの効率は使う温度の窓（高温側と低温側）、接合の抵抗、機械的な壊れやすさで大きく変わります。 この記事では、ZT の意味、Bi2Te3・PbTe・SnSe・Mg3(Sb,Bi)2・half-Heusler・スクッテルダイト・酸化物・有機の位置づけ、ZT のピーク値と平均値の違い、ZT の測定が「4つの測定の合成」であること、排熱回収・固体冷却・ウェアラブルの現実を、一次情報の範囲で整理します。

構成：査読論文（Nature Materials、Science、Nature、J. Phys. D、Materials など）、NASA の MMRTG ファクトシート、産総研（AIST）の研究発表、米国地質調査所（USGS）の Mineral Commodity Summaries 2026、IEC・ISO・JIS の規格ページを使用／確認日 2026年10月10日

温度差を作って電気を取り出す構成です
図1　概念画像（ImageGenで生成）。温度差を作って電気を取り出す構成です。熱源、冷却側、モジュール、電気の負荷を分けて見てください。 実際の施設・製品・測定結果ではありません。
この記事の構成
  1. 熱電変換とは何か（3行でつかむ）
  2. しくみ ― ゼーベック効果、ペルチェ効果、ZT の式
  3. ZT を上げることの難しさ ― 三つの量が互いに邪魔をする
  4. 材料の地図 ― Bi2Te3、PbTe、SnSe、Mg3(Sb,Bi)2、half-Heusler、スクッテルダイト、酸化物、有機
  5. ZT のピーク値と平均値、材料と素子 ― 本稿の計算
  6. ZT の測定は「4つの測定の合成」 ― ラウンドロビンとSnSeの教訓
  7. 素子にすると何が難しいか ― 機械強度、接合、熱膨張、資源
  8. 応用 ― 排熱回収、固体冷却（ペルチェ）、ウェアラブル
  9. 評価規格の読み方
  10. 限界と、確認できなかったこと
  11. 用語集／参考資料／出典対応表
本記事の表記ルール

事実＝公表資料に記載のある内容（出典リンクあり）
本稿の計算＝明示した前提をもとに本記事が算出した値
未確定／将来＝計画・予定であり、実績が確認できていない事項
このほか、材料設計上の読み取りは「解説」として区別しています。推測は太字で示します。

この記事の数値の読み方

ここに出てくる ZT・効率・温度差の数値は、特定の組成・試料の形態（単結晶、焼結バルク）・温度・測定法で報告された研究室の結果です。ZT は温度ごとに変わるため、ピーク値を見ただけでは素子の効率は決まりません。 異なる試料形態や温度の数値を並べて優劣をつけることはしません。研究室のチャンピオンデータを、量産品や実機の性能として読まないでください。

1. 熱電変換とは何か（3行でつかむ）

  • 温度差が電圧になり、電流が熱を運ぶ：異なる導体を閉回路でつなぎ、二つの接合部を異なる温度に保つと電圧が生じる現象を、ゼーベックが観察しました。NASA のファクトシートは、これを放射性同位体熱電発電機（RTG）の原理として説明しています事実［参考資料6］
  • 材料の良し悪しは ZT：ゼーベック係数 S、電気伝導率 σ、熱伝導率 κ を使って、ZT＝S²σT／κ と書く無次元の指数です事実［参考資料3］。ZT が大きいほど変換効率の上限が上がります
  • ZT は材料の数字、効率は素子の数字：素子の効率は、使う温度窓、温度で変わる S・σ・κ、接合の抵抗、熱の損失で決まります。本稿の第5章で、ZT のピーク値と平均値の違いを計算で示します本稿の計算
この記事でいちばん大事な一行

「ZT〇〇」は、どの温度で、どの試料形態で、どの測定法で得た数字かが書かれて初めて意味を持ちます。 しかも ZT は S・σ・κ の4つの測定（抵抗率、ゼーベック係数、熱拡散率、比熱）と密度の積み上げなので、測定が一つ狂うだけで結果が動きます。産総研が実際に作ったモジュールの効率は、材料のピーク ZT から単純に期待される値よりかなり低いものでした（第5章）。

2. しくみ ― ゼーベック効果、ペルチェ効果、ZT の式

熱電モジュールは、p 型と n 型の半導体の脚（レッグ）を、銅などの電極で交互に直列につなぎ、上下をセラミック基板で挟んだ構造です。上下の基板のあいだに温度差を与えると、脚の中で電荷（p 型は正孔、n 型は電子）が高温側から低温側へ拡散して電圧が生じます（発電）。逆に電流を流すと、電荷が熱を運んで一方の面が冷え、もう一方が熱くなります（ペルチェ効果による冷却）。これは本記事による解説で、ゼーベックの観察とRTGの原理は NASA のファクトシート［参考資料6］が、用途は Bell の総説［参考資料4］が説明しています。

同じ素子を、温度差から発電する場合と、電気を加えて熱を移す場合に分けています
図2　概念画像（ImageGenで生成）。同じ素子を、温度差から発電する場合と、電気を加えて熱を移す場合に分けています。電流と熱の経路、放熱側を区別してください。 形状・色・寸法は説明用です。数値と原文の対応は下の元図で確認できます。
元のSVG模式図と正確な説明を見る
熱電モジュールの構造と、二つの使い方（概念図） 発電（ゼーベック効果） 冷却・加熱（ペルチェ効果） 高温側（セラミック基板） p型 n型 低温側（セラミック基板） 負荷 温度差 → 電圧 → 電流（熱は高温側から低温側へ流れる） 熱 冷える面（冷却の対象に接する） p型 n型 熱くなる面（放熱が必要） 直流電源 電流 → 電荷が熱を運ぶ（熱は冷える面から熱くなる面へ） ※ 実際のモジュールは、数十から数百対の脚を並べます。脚の数・寸法・電極の構成は説明用で、実在の製品の構造ではありません。 ※ 発電では温度差が電圧を、冷却では電流が熱の移動を生みます。構造の説明は NASA ファクトシート［参考資料6］と Poon の総説［参考資料3］によります。
図2　概念図（ベクター作図）。p 型と n 型の脚を交互に直列につなぎ、上下をセラミック基板で挟む構造です。脚の数・寸法・電極の構成は説明用で、実在の製品の構造ではありません。

性能指数 ZT は、Poon の総説では ZT＝(S²σ／κ)T と定義され、κ は電子の寄与 κe と格子の寄与 κL の和、κe＝LσT（L はローレンツ数）と書かれます。S²σ をパワーファクターと呼びます事実［参考資料3］。 分子の S²σ は「電気としてどれだけ取り出せるか」、分母の κ は「温度差がどれだけ熱として逃げてしまうか」に対応します（本記事による解説）。

記号意味単位の例読むときの注意
S（ゼーベック係数）温度差 1 K あたりに生じる電圧µV／K温度で変わる。符号で p 型・n 型が分かる（解説）
σ（電気伝導率）電気の通りやすさ（抵抗率の逆数）S／m試料の向き（単結晶では結晶軸）で変わる
κ（熱伝導率）熱の通りやすさ。κ＝κe＋κLW／(m・K)高温では直接測れず、熱拡散率・比熱・密度から計算で求めることが多い（第6章）
T絶対温度KZT は「ある温度での値」。ピークの温度を必ず添える

定義は Poon の総説［参考資料3］。単位と注意書きは本記事の解説です。

3. ZT を上げることの難しさ ― 三つの量が互いに邪魔をする

Snyder と Toberer の総説は、熱電材料には「相反する性質の組み合わせ」が求められることが、効率の高い材料を見つける難しさの原因だと述べています事実［参考資料1］。 半導体のキャリア濃度を上げると、σ は増えますが S は減り、さらに電子が運ぶ熱 κe も σ に比例して増えます。キャリア濃度には、パワーファクターが最大になる付近があります（本記事による解説）。

キャリア濃度を上げると何が起きるか（定性的な概念図） 縦軸・横軸とも任意目盛りです。曲線の形は説明用で、特定の材料のデータではありません。 キャリア濃度（低 → 高） S²σ が最大になる付近 S σ S²σ 三つの量の関係 S：濃度が上がると減る σ：濃度が上がると増える κe：σ に比例して増える 　（κe＝LσT） S²σ：中間に山ができる κL は別の手段で 下げる（第4章） ZT の最適点は κ も 含めて決まる ※ 関係の整理は Snyder と Toberer の総説［参考資料1］と Poon の総説［参考資料3］の記述にもとづく、本記事の簡略化です。 ※ 実際の最適なキャリア濃度や曲線の形は、材料ごとのバンド構造と散乱で異なります。
図3　概念図（ベクター作図）。キャリア濃度を上げると S は減り σ は増え、S²σ には中間に山ができます。軸は任意目盛りで、特定の材料のデータではありません。

そのため、ZT を上げる主戦場は格子熱伝導率 κL を下げることに集中してきました。Bubnova らは、ZT が2を超える最近の材料の多くに共通する性質は低い格子熱伝導率だと述べています事実［参考資料12］。 He と Tritt の総説は、ZT を押し上げうる仕組みとして、欠陥、サイズ効果、臨界現象、非調和性、スピンの自由度を挙げ、これらが互いに不利に連動していた物理量を切り離す、と説明します事実［参考資料2］。 実際の例として、Kim らは Bi0.5Sb1.5Te3 の粒界に密な転位の列を作って中周波数のフォノンを散乱させ、格子熱伝導率を下げたと報告しています事実［参考資料9］。 Zhao らは SnSe の極めて低い熱伝導率を、結合の非調和性によるものと説明しています事実［参考資料5］。

素材技術者の視点①：「熱伝導率を下げる」は、組織を壊れやすくする方向と隣り合っている

ZT を上げる定石が「フォノンを散乱させる微細構造（粒界、転位、ナノ析出物、複雑な結晶構造）を入れる」ことなら、その材料は機械的には弱く、高温で組織が変化しやすい方向と隣り合います（本記事による解説）。 実際、Bi2Te3 の市販の帯域溶融（ゾーンメルト）インゴットは機械的に弱く、n 型は割れやすいと報告されています［参考資料18］。 ZT の数字を比べるときは、その微細構造が素子の作製（切断、接合）と使用温度でも保たれるかを一緒に見る必要があります。

また、ZT の中の S²σ と κe は同じキャリアから生まれるため、電子の側の改善と熱の側の改善を「独立に」できると仮定した設計は、材料によっては成り立たない点にも注意が要ります。Poon の総説は、モビリティと有効質量が互いに関係する例を挙げています［参考資料3］。

4. 材料の地図 ― Bi2Te3、PbTe、SnSe、Mg3(Sb,Bi)2、half-Heusler、スクッテルダイト、酸化物、有機

熱電材料は、使える温度域ごとに「住み分け」ています。次の図は、一次情報で確認できた使う温度域（帯）と報告された ZT の測定点（丸）を、一枚に並べたものです。帯は目安、丸は特定の試料の特定の測定点で、同じ物差しで優劣を示すものではありません。

材料ごとの使う温度域（帯）と、報告された測定点（丸） 帯は出典に書かれた温度域の目安、丸は特定の試料の報告値の温度です。縦に並べても優劣を示しません。 0 200 400 600 800 ℃ Bi2Te3 系 200 ℃ 以下が主 ／ 320 K（約47 ℃）で zT 1.86 Mg3Bi2 系（n型） 350 K（約77 ℃）で ZT 約0.9 PEDOT:Tos（有機） 室温で ZT 0.25 NaCo2O4（酸化物） 300 K の S と抵抗率の報告（ZT ではない） PbTe 系 ZT が高い温度域 300〜700 ℃ ／ p型焼結体で 550 ℃ に ZT 1.8 half-Heusler 400〜800 ℃（総説の記述） スクッテルダイト 850 K（約577 ℃）で ZT 1.7 SnSe（単結晶） 923 K（約650 ℃）で ZT 2.6 ※ 出典：Bi2Te3 系の温度域と PEDOT［参考資料12］、zT 1.86［9］、Mg3Bi2［8］、PbTe［14］、half-Heusler［3］、 　スクッテルダイト［11］、SnSe［5］、NaCo2O4［13］。 ※ SnSe は単結晶の b 軸方向の値で、試料の密度をめぐる指摘があります（第6章）。スクッテルダイトは Ba・La・Yb 充填 CoSb3 の焼結バルクです。 ※ K は ℃ に換算（0 ℃＝273.15 K）しています。帯の位置は目安で、実際の使用温度は素子の設計で決まります。
図4　概念図（ベクター作図）。使う温度域（帯）と、報告された測定点（丸）です。丸の値は特定の試料の報告値で、同じ物差しでの優劣ではありません。出典は図中の注のとおりです。
材料報告された値（条件）位置づけ・注意
Bi2Te3 系p 型 Bi0.5Sb1.5Te3：zT 1.86±0.15（320 K）、液相圧縮（liquid-phase compaction）で粒界に転位の列を形成したバルク。この材料を使った冷却素子で最大温度差 81 K ［9］。市販品の Bi2Te3 系は ZT が 1 に近い、200 ℃ 以下の最良の市販半導体［12］室温付近の冷却・発電の標準。テルルは銅精錬の副産物［19］。値は著者が報告した最大温度差で、市販のペルチェ素子の性能とは条件が異なる
Mg3Bi2 系（n 型）ピーク ZT 約0.9（350 K）。p 型 Bi0.5Sb1.5Te3 と組んだ冷却素子で、高温側 350 K のとき温度差約91 K ［8］著者は、市販の Bi2Te3-xSex に匹敵し、テルルを使わないため安いと述べている。素子は実験室の試作
PbTe 系MgTe ナノ構造入りの p 型 PbTe 焼結体：ZT 1.8（550 ℃）、通常の PbTe の約2倍（産総研）［14］産総研は、この焼結体は300〜700 ℃で ZT が高く、300 ℃未満では低いと述べ、低温側に Bi2Te3 を組む二段構成のモジュールも作った［14］。鉛とテルルを含む（産総研の記述）
SnSe単結晶 b 軸方向：ZT 2.6±0.3（923 K）、格子熱伝導率 0.23±0.03 W／(m・K)（973 K）。a 軸方向は ZT 0.8±0.2 ［5］異方性が大きい。試料の密度が理論値の88〜90%と指摘され、κ の本来の値かどうか論争がある（第6章）［7］。多結晶で ZT 約3.1（783 K）という報告もあるが、著者の報告［10］
half-Heusler中温域（400〜800 ℃）の材料として、ZT は約1から1.5へ。n-p モジュールで効率10%近く、出力密度 9 W／cm² 近くの報告［3］総説は、効率の実測値が理想値を大きく下回ることを指摘し、単脚（unileg）の試験が中心と述べている。破壊靱性は約2 MPa・m1/2［3］
スクッテルダイトBa・La・Yb の三種を充填した CoSb3：ZT 1.7（850 K）、焼結バルク［11］「かご」の中の充填原子の振動数の違いで広い周波数のフォノンを散乱させる、という設計思想の例。これは著者の報告値
酸化物NaCo2O4 単結晶：面内の熱起電力が300 K で約100 µV／K、面内抵抗率が300 K で 200 µΩ・cm ［13］1997年の測定で、金属的な酸化物が熱電材料になりうると示した報告。ZT そのものではない。酸化物の総説は He らがある［20］
有機（導電性高分子）PEDOT:Tos：ZT＝0.25（室温）、熱伝導率 0.37 W／(m・K) ［12］溶液で大面積に塗れる利点を狙う。ZT は無機材料に及ばないが、低い熱伝導率が特徴

すべて事実（各出典の報告）。試料の形態・温度・測定法が行ごとに違うため、行どうしの優劣は示しません。

素材技術者の視点②：組成式の「一つの材料」の中に、複数の使い分けがある

表の Bi2Te3 系は、p 型は Sb を固溶させた (Bi,Sb)2Te3、n 型は Se を固溶させた Bi2(Te,Se)3 と、p 型と n 型で別の組成です（Mao らの記述にも Bi2Te3-xSex と Bi0.5Sb1.5Te3 が並びます［参考資料8］）。 素子には p 型と n 型の両方が要るので、片方だけ ZT が高い材料では素子の効率は上がりません。 Mg3Bi2 系の報告も「n 型の新材料」で、相手の p 型は従来の Bi0.5Sb1.5Te3 を使っています［参考資料8］。 Poon の総説が half-Heusler の項で「p 脚と n 脚の熱膨張係数が合う必要がある」と述べているのも、同じ事情です［参考資料3］。

上下面をつなぐ半導体の脚は、熱に対して並列、電気に対して直列になる構成です
図5　概念画像（ImageGenで生成）。上下面をつなぐ半導体の脚は、熱に対して並列、電気に対して直列になる構成です。拡大模型の寸法・脚の数は説明用です。 実際の施設・製品・測定結果ではありません。

5. ZT のピーク値と平均値、材料と素子 ― 本稿の計算

Poon の総説は、素子（TEG）の理想的な最大変換効率を、カルノー効率に ZT の温度平均値を組み合わせた次の式で与えています。η＝((Th－Tc)／Th)×(√(1＋ZT̄)－1)／(√(1＋ZT̄)＋Tc／Th)。Th は高温側、Tc は低温側の温度、ZT̄ は動作温度範囲で平均した ZT です。 同じ総説は、実際の効率は温度に依存する S・σ・κ から決まり、平均 ZT だけでは決まらない、とも断っています事実［参考資料3］。 この式で、同じ ZT̄ でも使う温度窓で効率がどれだけ変わるかを計算してみます。

本稿の計算：温度窓と平均 ZT が効率を決める

上の式に、二つの温度窓を入れて計算します本稿の計算。

  • 窓A（排熱回収を想定）：Th＝800 K、Tc＝300 K。カルノー効率は 1－300／800＝62.5%
  • 窓B（温水程度を想定）：Th＝373 K（100 ℃）、Tc＝300 K。カルノー効率は 1－300／373＝約19.6%
  • ZT̄＝0.5、1、1.5、2 のとき、窓Aの η は 8.8%、14.5%、18.6%、21.7%。窓Bの η は 2.2%、3.7%、4.8%、5.6%
  • つまり、ZT̄＝1 のままでも、窓が 800／300 K なら約14.5%、373／300 K なら約3.7%で、約4倍違います

前提と限界：両脚の ZT̄ が同じ、接触抵抗や熱損失がない、という理想式です。実際の効率は温度ごとの S・σ・κ から決まるため、この式の値は目安です［参考資料3］。 Snyder らが公開している素子 ZT の計算ページでは、同じ材料データでも、温度窓を 300〜800 K とすると素子 ZT が0.96、300〜600 K とすると0.72と別の値になる例が示されています［参考資料17］。

次に、産総研が実際に作った PbTe モジュールを、同じ式に当てはめてみます。p 型脚の材料の ZT のピークは 1.8（550 ℃）です。一段モジュール（8対）で、高温側 600 ℃・低温側 30 ℃のときに最大変換効率 8.8%、最大出力 3.55 W が得られ、低温側に Bi2Te3 を組んだ二段モジュールでは、高温側 600 ℃・低温側 10 ℃で 11%、2.34 W でした。産総研は、同じ構造の有限要素法シミュレーションの値（12.2%、15.6%）との差の原因を、PbTe と電極の界面の大きな電気抵抗と、放射などの発電に寄与しない熱損失としています事実［参考資料14］。

同じ平均 ZT でも、温度窓で理想効率が約4倍違う（本稿の計算） Poon の総説の式［参考資料3］にもとづく理想効率。接触抵抗・熱損失は含みません。 窓A　800 K ／ 300 K（カルノー 62.5%） 窓B　373 K ／ 300 K（カルノー 19.6%） 25% 0 25% 0 8.8% 14.5% 18.6% 21.7% 2.2% 3.7% 4.8% 5.6% 0.5 1 1.5 2 0.5 1 1.5 2 平均 ZT（動作温度範囲での平均） 平均 ZT（動作温度範囲での平均） ※ 産総研の一段 PbTe モジュール（高温側 600 ℃、低温側 30 ℃）の実測 8.8% は、この式では平均 ZT 約0.46 に相当します（本稿の計算）。 ※ 同じモジュールの有限要素シミュレーション 12.2% は約0.72 に相当します。差は主に界面抵抗と熱損失とされます［参考資料14］。 ※ 材料のピーク ZT（p 型で 1.8）と、素子の「相当 ZT」は別の量です。相当 ZT は損失を一つにまとめた数字で、測定された ZT ではありません。 ※ 温度は K＝℃＋273.15 で換算し、600 ℃／30 ℃ を 873.15 K／303.15 K としています。
図6　本稿の計算を含む作図（ベクター作図）。同じ平均 ZT でも、使う温度窓で理想効率が約4倍違います。理想式の値で、接触抵抗・熱損失は含まず、特定の素子の効率ではありません。
本稿の計算（もう一つ）：産総研のモジュールで「相当 ZT」を逆算する

理想式を逆に解いて、実測の効率を出すために必要な平均 ZT を求めます本稿の計算。Th＝873.15 K、Tc＝303.15 K のとき、カルノー効率は約65.3%、実測の8.8%はその約13.5%です。式を ZT̄ について解くと約0.46。シミュレーション値の12.2%に対しては約0.72です。

前提と限界：この逆算は、n 型と p 型で ZT̄ が同じという理想式を使い、材料の温度依存性や熱損失を一つの数字にまとめています。「材料の ZT が1.8でも、このモジュールは ZT̄ 約0.5相当の仕事しかしていない」という意味ではなく、材料のピーク値から素子の効率を読むと大きく外れうることを示す目安です。 なお NASA の MMRTG（PbTe／TAGS の熱電対768個）は、打ち上げ時に約110 W の電力を出し、システム効率は約6%、設計寿命17年での推定出力は72 W です［参考資料6］。Poon の総説は、市販の TEG の効率は5〜8%程度としています［参考資料3］。これらは条件が異なり、比較して優劣をつけるものではありません。

6. ZT の測定は「4つの測定の合成」 ― ラウンドロビンと SnSe の教訓

ZT を求めるには、電気抵抗率、ゼーベック係数、熱拡散率、比熱の4つの測定と、密度が必要です。高温では熱伝導率が直接測れないため、熱伝導率は κ＝D・Cp・ρ（D は熱拡散率、Cp は比熱、ρ は密度）から計算で求めます［参考資料7］。

IEA（国際エネルギー機関）の先進輸送材料の実施協定のもとで、ORNL が主導する国際共同が、Bi2Te3 系バルクの4つの測定のラウンドロビンを2回行いました（参加は1回目が6か国9機関、2回目が4か国9機関、報告書に結果が載ったのはいずれも7機関）。試料は Marlow Industries が作った、均一性を基準に選んだ n 型 Bi2Te2.7Se0.3 と p 型 Bi0.5Sb1.5Te3（平均粒径約20 µm）で、最高225 ℃まで、各機関が自分の最良の手順で測りました。1回目は n 型・p 型の両方、2回目は p 型の同じ試料を測っています［参考資料15］。

測定量1回目（n・p 型）2回目（p 型）報告書が挙げる原因・注意
ゼーベック係数ばらつき約±5.5%（ULVAC ZEM 系の機関どうしでは約±4%）約±4%（全温度範囲）接触位置（温度と電圧を測る位置）の違い。端部接触の方式はやや低め、4探針はやや高めに出る。探針の校正値も誤差源
電気抵抗率最大約±12.5%（n 型、100 ℃付近）室温付近で約±5%、200 ℃で約±9%主因は寸法（探針間距離）の不確かさ。探針の大きさが約0.5 mm、間隔が5 mm なら約10%の誤差になりうる
熱拡散率（フラッシュ法）室温で約±2〜3%、高温で最大約±6%室温で約±4%、200 ℃で最大約±10%報告書は、市販のレーザーフラッシュ装置の精度は通常±6〜8%と述べる。解析法（Clark&Taylor 法、Cowan 法など）が機関で異なった
比熱（DSC）6機関のうち2機関が期待値より40〜50%以上ずれ。それを除くと約±4%全体で±15%超。半数の機関が Dulong-Petit の限界値の4〜5%以内空の容器・標準・試料の3回の測定が必要で、ベースラインのずれが主因。標準物質（NIST のモリブデン等）での点検と、基準試料と試料の質量・形の整合を勧める

すべて事実（ORNL の Annex VIII 報告書の本文［参考資料15］）。報告書の結論は、ゼーベック係数は一貫して測れ、電気抵抗率は±4〜9%、熱拡散率は±5〜10%程度のばらつき、最も問題が大きいのは DSC の比熱、としています。同じ報告書は、試料間のばらつきも測っています（12個ずつの n・p 型で、熱拡散率の標準偏差は p 型1.54%・n 型2.75%、抵抗率は p 型1.50%・n 型5.81%）。このラウンドロビンの目的は機関の優劣ではなく、問題点を洗い出すことで、機関名は意図的に伏せられています。

本稿の計算：ZT の不確かさが積み上がると

ZT＝S²T／(ρκ)（ρ は抵抗率、κ＝熱拡散率×比熱×密度）ですから、S の誤差は2回効きます本稿の計算。2回目のラウンドロビン（p 型）の室温付近の値を使います。S は±4%（ZT には2回効いて8%）、抵抗率は±5%、熱拡散率は±4%。比熱は、半数の機関に当たる±4〜5%（Dulong-Petit の限界値に近い場合）か、全体の±15%超かで結果が変わります。独立な誤差の二乗和の平方根は、比熱が±4.5%なら √(8²＋5²＋4²＋4.5²)＝約11%、比熱が±15%なら √(8²＋5²＋4²＋15²)＝約18%です。同じ向きにすべて重なれば、それぞれ約21.5%、32%になります。

前提と限界：密度の誤差は含めておらず、高温では熱拡散率と抵抗率のばらつきがさらに大きくなります（200 ℃で最大±10%と±9%）。これは Bi2Te3 系の同一試料を使った結果で、他の材料には直接当てはまりません。ここで言いたいのは、ZT の小数第二位を比べる議論は、測定の不確かさの内側に入りうることです。

SnSe の例 ― κ＝D・Cp・ρ の ρ が問われた

Zhao らの SnSe 単結晶の報告は、b 軸方向で ZT 2.6±0.3（923 K）と極めて高い値でした［参考資料5］。これに対して Wei らは Nature の Brief Communication Arising で、Zhao らが示した熱拡散率・比熱・熱伝導率から κ＝D・Cp・ρ の関係を使って密度を逆算すると約 5.43 g／cm³ となり、文献の理論密度（約 6.07〜6.18 g／cm³）の88〜90%にとどまる、と指摘しました。単結晶は定義上、理論密度に近いはずであり、この試料は完全に緻密な単結晶とは言えず、報告された κ は本来の値ではない、という主張です。Wei らは、測定技術そのものの問題を指摘しているのではないと断っています。同じコメントによれば、Zhao らの Reply は、測定した密度が理論密度より低かったことを認めています事実［参考資料7］。

その後、Zhou らは Nature Materials で、原料の精製と酸化スズの除去を行ったホールドープの多結晶 SnSe が ZT 約3.1（783 K）、格子熱伝導率 約0.07 W／(m・K)（783 K）を示したと報告しました。多結晶の性能が低かったのは粉末表面のスズ酸化物のためだ、というのが著者の解釈です事実［参考資料10］。これは著者の報告であり、本稿は独立の再現を確認していません。

素材技術者の視点③：ZT を読むときの四つの質問

① どの温度の値か（ピークか、動作範囲の平均か）。② 試料の形態は何か（単結晶、焼結バルク、薄膜。向きは）。③ 密度は理論値の何%か（κ が D・Cp・ρ の積であるため、密度は κ を直接動かします）。④ 測定は複数の装置・研究室で確かめられているか。 粉末冶金で作った焼結体は、気孔や酸化物膜が κ にも σ にも効きます。SnSe の経緯は、材料の性質の議論が試料の作り方と密度の議論に直結することを示した例です（本記事による解説）。

7. 素子にすると何が難しいか ― 機械強度、接合、熱膨張、資源

材料の ZT が高くても、素子として使うには、数ミリ角の脚に切り出し、電極と接合し、熱サイクルに耐える必要があります。一次情報から分かる課題を整理します。

課題一次情報で確認できたこと読むときの注意
機械強度（Bi2Te3）市販の帯域溶融（ZM）Bi2Te3 は機械的に弱く、n 型は特に割れやすい。ZM の硬さは約0.35 GPa。著者らの群では、アスペクト比の大きい素子が壊れやすく、作製で廃棄も多い。nano-TiN を0.7 wt.%分散した n 型 Bi2Te2.7Se0.3 は、硬さ0.98 GPa、曲げ強さ36.3 MPa、圧縮強さ74 MPa（それぞれ ZM 比で181%、60%、67%向上）、ピーク ZT 0.957（375 K）、325〜450 K の平均 ZT 0.89で、熱電性能は ZM と同等［18］層状の結晶構造（Te(1)－Te(1) 間のファンデルワールス結合）に起因すると論文は説明。値は一つの論文の一つの試料の条件で、他の組成・作製法と並べて優劣をつけない
機械強度・熱膨張（half-Heusler）素子は繰り返しの機械的・熱的応力に耐える必要がある。refractory half-Heusler の破壊靱性は約2 MPa・m1/2、ポアソン比は約0.2で、セラミックスより損傷許容性が高いとされる。p 脚と n 脚の線膨張係数が合う必要がある［3］総説の記述（Rogl らの報告の引用）。組成と作製法で変わる
接合・界面抵抗産総研のモジュールは、PbTe 焼結体と電極（Fe と Co からなる電極材料）の界面の電気抵抗が大きく、実測がシミュレーションより低かった。長期耐久性と機械特性の改善は今後の課題とされた［14］産総研は、実用化に向けた企業との試験を5年以内に目指すとしている（未確定／将来）
材料の制約（鉛・テルル）産総研は、鉛（有毒）を銅に、テルル（希少）を硫黄に置き換える元素置換を今後の課題としている［14］。USGS（2026年2月）によると、テルルは銅の電解精錬の副産物で、2025年の世界消費の用途別推定は太陽電池70%、熱電素子15%、冶金10%、その他5%。中国が精製テルルの推定80%を占め、2025年2月から中国の輸出業者は最終用途の確認書類の提出を求められた［19］供給は銅の生産に左右される。価格・供給の見通しは書かない

すべて事実（出典は各セル）。USGS の数値は2026年2月版の推定値です。

素材技術者の視点④：寿命を決めるのは、材料より「界面」かもしれない

素子では、半導体の脚に、拡散を抑える層、接合層、電極、セラミック基板が重なります。産総研の例では、材料の ZT ではなく界面の電気抵抗が実測と理想の差の主因とされました［参考資料14］。 熱電脚は温度差の中で使われ、高温側と低温側で膨張量が違うため、熱サイクルのたびに接合部へ応力がかかります（本記事による解説）。Poon の総説が、p 脚と n 脚の熱膨張の整合や、繰り返し応力への耐性を、材料開発と並ぶ課題として挙げているのはこのためです［参考資料3］。 推測として、新しい高 ZT 材料の論文に素子の長期試験（熱サイクルの回数と出力の変化）が付いているかどうかは、実用性を読む目安になります。ただし、それを確認した一次情報を本稿は持っていません。

8. 応用 ― 排熱回収、固体冷却（ペルチェ）、ウェアラブル

排熱回収と宇宙用発電

産総研は、日本の一次エネルギーの60%超が未利用の排熱として捨てられている、と述べ、熱電発電をその利用の鍵と位置づけています［参考資料14］。発電側の実用例として、NASA は MMRTG を「可動部のない」放射性同位体熱電発電機として説明し、約110 W を打ち上げ時に出すと述べています［参考資料6］。Bell は、熱電材料が廃熱を電気に、電気を冷却・加熱に変える固体のエネルギー変換器であり、自動車のシート、暗視装置、電気機器の筐体の冷却などの小規模用途で、流体を使う方式と競争できうると整理しています［参考資料4］。

固体冷却（ペルチェ）

冷却では、ZT が高いだけでなく最大温度差が実用の指標になります。Kim らの (Bi,Sb)2Te3 冷却素子は最大温度差81 K、Mao らの Mg3Bi2 系 n 型と p 型 Bi0.5Sb1.5Te3 の素子は、高温側 350 K で温度差約91 K でした［参考資料8・9］。どちらも研究室の試作で、市販素子の性能（仕様書の ΔTmax など）とは測定条件が異なります。

ウェアラブル

Hong らの Science Advances 論文は、二層のエラストマーと高 ZT の剛い熱電ピラーを組み合わせた柔軟な素子を示し、10 ℃を超える冷却効果と COP＞1.5 を著者が報告しています［参考資料21］。柔軟性は、有機熱電材料（第4章）の ZT の低さを補うため、無機の脚を柔らかい基材に並べる設計でも得られる、という例です（本記事による解説）。柔軟型熱電素子の発電電力の測定法は、IEC 62830-5:2021 に定められています［参考資料23］。

9. 評価規格の読み方

熱電材料の性能は、電気抵抗率、ゼーベック係数、熱拡散率、比熱（と密度）の測定から ZT を組み立て、素子ではさらに発電電力や冷却の温度差を測って評価します。材料単位の測定は、フラッシュ法（熱拡散率）、DSC（比熱）、四端子法（抵抗率）などが一般的です。 熱電材料を主題とする規格は、国際規格では IEC（TC 47）の IEC 62830 シリーズ（エネルギーハーベスティング用の半導体デバイス）に熱電を扱う部があり、日本では JIS R 1650 がファインセラミックス熱電材料の測定方法を定めています。熱拡散率の測定は、一般の材料向けのフラッシュ法の規格が土台になります。

評価項目ISOIEC・IEEEJISASTM測定条件で値が変わる点
ゼーベック係数（熱電能）確認できなかったIEC 62830-2:2017（熱電エネルギーハーベスティング：薄膜〔5 mm未満〕・バルク・線材の熱電特性の試験方法と特性パラメータ）［22］JIS R 1650-1「ファインセラミックス熱電材料の測定方法－第１部：熱電能」（2002年制定、2026年6月確認）［24］確認できなかった平均温度、温度差の大きさ、雰囲気、試料の向き（解説）
電気抵抗率確認できなかったIEC 62830-2:2017（同上）［22］JIS R 1650-2「…第２部：抵抗率」（2002年制定、2026年6月確認）［25］確認できなかった温度、測定電流の向きと大きさ、電極接触、試料の向き（解説）
熱拡散率（フラッシュ法）ISO 18755:2022「ファインセラミックス…フラッシュ法による単体セラミックスの熱拡散率の測定」（気孔率10%未満の均質なセラミックスが対象）［28］。ISO 22007-4:2024「プラスチック…第4部：ライトフラッシュ法」（プラスチックと複合材が対象）［29］確認できなかったJIS R 1611（ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法。1991年制定、2010年改正、2025年10月確認）［27］。JIS R 1650-3「…第３部：熱拡散率・比熱容量・熱伝導率」（2002年制定）［26］ASTM E1461（フラッシュ法による熱拡散率）：機器メーカーの資料で ISO 22007-4、ISO 18755 と並べて準拠規格に挙げられている［30］試料の厚さ・均質性・気孔、表面のコーティング、温度、雰囲気、パルスの扱い
比熱容量（DSC）ISO 11357-4:2021「プラスチック－示差走査熱量測定（DSC）－第4部：比熱容量の測定」（プラスチックが対象）［32］確認できなかったJIS R 1650-3、JIS R 1611（上記）ASTM E1269（DSCによる比熱）：機器メーカーが ISO 11357-4 と並べて挙げている［31］空の容器・標準物質（サファイア等）・試料の3回の測定を同じ条件で行うこと、ベースライン［31］
素子・モジュールの発電確認できなかったIEC 62830-5:2021（柔軟型熱電素子の曲げ条件下での発電電力の測定方法）［23］確認できなかった確認できなかった温度、温度差、接触条件、絶縁、曲げ半径（IEC 62830-5 の記載）。剛体の発電モジュールやペルチェ素子の国際規格は確認できなかった

規格の番号・題名・版は各団体の公式ページ（ISO、IEC Webstore、JISC）で確認した事実。ASTM は番号と測る量のみ、非 ASTM の資料（機器メーカーのページ）で確認できたものに限りました。この表の整理は本稿の計算（本記事による並べ替え）です。

規格の読み方の注意

  • 規格は「試験方法」で、材料の性能の保証ではありません。JIS R 1650 は国内規格で、2002年に制定され、2026年6月に確認されています。JISC のページでは、対応する ISO・IEC 規格は確認できませんでした。国際規格の IEC 62830-2 や -5 は、薄膜・柔軟素子のためのもので、バルク材料の測定を同じ文書で網羅するわけではありません
  • フラッシュ法の規格は「どの材料向けか」で分かれます。ISO 18755 はセラミックス（気孔率10%未満）、ISO 22007-4 はプラスチックと複合材、JIS H 7801 は金属のレーザフラッシュ法です（題名は JISC で確認）。熱電材料は、その材料に近い規格を選んで、試料の厚さや表面処理の条件を揃えます
  • メーカーの値は、準拠規格・版・測定条件を併記して読みます。機器メーカーの「準拠」の表記は機器の機能の説明で、得られた ZT が規格で保証された値になるわけではありません。ZT は4つの測定の合成なので、どの規格・どの装置で4つを測ったかを揃える必要があります（第6章）

10. 限界と、確認できなかったこと

(1) 規格の本文

IEC 62830-2・-5、ISO 18755・22007-4、JIS R 1650・R 1611 の本文は確認していません。試験の条件、手順、合否の基準は記載していません。ASTM の規格は番号と測る量のみで、ASTM のサイトは開いていません。ASTM の規格のうち、ゼーベック係数や素子の評価を対象とするものは確認できませんでした。

(2) 実機・量産品の性能

第4・5章の数値は、特定の研究室の試料・試作モジュールの結果で、量産品のペルチェ素子や熱電発電モジュールの仕様ではありません。市販素子のデータシートは扱っていません。

(3) ラウンドロビンの詳細

ラウンドロビンの数値は ORNL の Annex VIII 報告書の本文にもとづきます。同じ共同研究の論文版（Part I・II、Journal of Electronic Materials）の本文は確認しておらず、報告書の数値と一致するかは確かめていません。報告書の手順書（Appendix A）の内容も記載していません。

(4) SnSe の論争の現在

Zhou らの多結晶 SnSe（ZT 約3.1）について、独立の再現や、その後の訂正・撤回の有無は、本稿の調査範囲では確認できませんでした（2026年10月10日時点で、掲載誌のページに撤回の表示は見つかりませんでした）。

(5) 素子の長期信頼性・RoHS 等の規制

熱サイクル試験の結果、素子の寿命、鉛を含む PbTe 系素子への RoHS などの規制の適用は、一次情報で確認できなかったため記載していません。

この記事のまとめ
  • ZT は材料の数字、効率は素子の数字です。同じ平均 ZT でも、温度窓で理想効率が約4倍違います本稿の計算
  • ZT は温度ごとに変わります。ピーク値と動作温度範囲の平均値、材料単体と素子を区別して読みます事実
  • 実測のモジュールは理想より低くなります。産総研の PbTe モジュールは、材料のピーク ZT 1.8 に対し効率は8.8%（一段）、11%（二段）で、差の主因は界面抵抗と熱損失とされました事実
  • ZT は4つの測定の合成で、不確かさが積み上がります。SnSe では、密度が理論値の88〜90%という指摘が、κ の議論の中心になりました事実
  • 素子の課題は機械強度と接合です。帯域溶融 Bi2Te3 は割れやすく、half-Heusler は p・n 脚の熱膨張の整合が要ります事実

11. 用語集

ゼーベック効果
温度差が電圧を生む現象。ゼーベック係数 S は温度差 1 K あたりの電圧。
ペルチェ効果
電流を流すと熱が運ばれ、接合部で吸熱・発熱が起こる現象。
ZT
無次元の性能指数 ZT＝S²σT／κ。温度ごとに変わる。
パワーファクター
S²σ。電気としての取り出しやすさ。
格子熱伝導率 κL
フォノン（格子振動）が運ぶ熱。κ＝κe＋κL。
フォノン散乱
粒界・転位・ナノ析出物などで格子振動を妨げ、κL を下げること。
レッグ（脚）
熱電素子を構成する p 型・n 型の半導体の小さな角柱。
half-Heusler
中温域（400〜800 ℃）の熱電材料群の一つ。
RTG
放射性同位体熱電発電機。放射性同位体の崩壊熱を熱電対で電気にする。
COP
成績係数。冷却では、除いた熱量を投入電力で割った値。
ラウンドロビン
複数の研究室が同じ試料を測り、測定の再現性を比べる試験。
カルノー効率
高温側と低温側の温度から決まる、熱機関の効率の理論上限。

12. 参考資料（一次情報）

  1. Snyder G. J., Toberer E. S. “Complex thermoelectric materials”, Nat. Mater. 7, 105–114 (2008), DOI 10.1038/nmat2090 — doi.org/10.1038/nmat2090
  2. He J., Tritt T. M. “Advances in thermoelectric materials research: Looking back and moving forward”, Science 357, eaak9997 (2017), DOI 10.1126/science.aak9997 — doi.org/10.1126/science.aak9997
  3. Poon S. J. “Half Heusler compounds: promising materials for mid-to-high temperature thermoelectric conversion”, J. Phys. D: Appl. Phys. 52, 493001 (2019), DOI 10.1088/1361-6463/ab3d71（arXiv 版を確認） — doi.org/10.1088/1361-6463/ab3d71
  4. Bell L. E. “Cooling, heating, generating power, and recovering waste heat with thermoelectric systems”, Science 321, 1457–1461 (2008), DOI 10.1126/science.1158899 — doi.org/10.1126/science.1158899
  5. Zhao L.-D. ほか “Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals”, Nature 508, 373–377 (2014), DOI 10.1038/nature13184 — doi.org/10.1038/nature13184
  6. NASA “Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG)” NASA Facts（NF-2020-05-619-HQ） — nasa.gov/sites/default/files/files/MMRTG.pdf
  7. Wei P.-C. ほか “The intrinsic thermal conductivity of SnSe”, Nature 539, E1–E2 (2016)（Zhao らの論文への Brief Communication Arising）, DOI 10.1038/nature19832 — doi.org/10.1038/nature19832
  8. Mao J. ほか “High thermoelectric cooling performance of n-type Mg3Bi2-based materials”, Science 365, 495–498 (2019), DOI 10.1126/science.aax7792 — doi.org/10.1126/science.aax7792
  9. Kim S. I. ほか “Dense dislocation arrays embedded in grain boundaries for high-performance bulk thermoelectrics”, Science 348, 109–114 (2015), DOI 10.1126/science.aaa4166 — doi.org/10.1126/science.aaa4166
  10. Zhou C. ほか “Polycrystalline SnSe with a thermoelectric figure of merit greater than the single crystal”, Nat. Mater. 20, 1378–1384 (2021), DOI 10.1038/s41563-021-01064-6 — doi.org/10.1038/s41563-021-01064-6
  11. Shi X. ほか “Multiple-filled skutterudites: high thermoelectric figure of merit through separately optimizing electrical and thermal transports”, J. Am. Chem. Soc. 133, 7837–7846 (2011), DOI 10.1021/ja111199y — doi.org/10.1021/ja111199y
  12. Bubnova O. ほか “Optimization of the thermoelectric figure of merit in the conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene)”, Nat. Mater. 10, 429–433 (2011), DOI 10.1038/nmat3012 — doi.org/10.1038/nmat3012
  13. Terasaki I., Sasago Y., Uchinokura K. “Large thermoelectric power in NaCo2O4 single crystals”, Phys. Rev. B 56, R12685 (1997), DOI 10.1103/PhysRevB.56.R12685 — doi.org/10.1103/PhysRevB.56.R12685
  14. 産業技術総合研究所（AIST） “Development of an 11 % Conversion Efficiency Thermoelectric Module”（2015年11月26日の発表の英訳、2016年5月20日掲載） — aist.go.jp/aist_e/…/en20160520.html
  15. Wang H. ほか（Oak Ridge National Laboratory） “Annex VIII – Thermoelectric Materials for Waste Heat Recovery: An International Collaboration for Transportation Applications”（IEA 先進輸送材料の実施協定、Topical Report “International Round-Robin Testing of Bulk Thermoelectrics” を含む、2011年11月、表紙の報告番号 ORNL/TM-2011/393） — info.ornl.gov/…/Pub32716.pdf
  16. Wang H. ほか “Transport Properties of Bulk Thermoelectrics: An International Round-Robin Study, Part II: Thermal Diffusivity, Specific Heat, and Thermal Conductivity”, J. Electron. Mater. 42, 1073–1084 (2013), DOI 10.1007/s11664-013-2516-0（書誌のみ確認。同じ共同研究の論文版） — doi.org/10.1007/s11664-013-2516-0
  17. Snyder G. J., Snyder A. H. “Figure of merit ZT of a thermoelectric device defined from materials properties”, Energy Environ. Sci. 10, 2280–2283 (2017)、および著者らの素子 ZT 計算ページ — thermoelectrics.matsci.northwestern.edu/…/ztcalc.html
  18. Lin S. ほか “Dramatically Enhanced Mechanical Properties of Nano-TiN-Dispersed n-Type Bismuth Telluride by Multi-Effect Modulation”, Materials 17, 1919 (2024), DOI 10.3390/ma17081919（オープンアクセス） — pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11051758
  19. U.S. Geological Survey “Mineral Commodity Summaries 2026: Tellurium”（2026年2月） — pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2026/mcs2026-tellurium.pdf
  20. He J., Liu Y., Funahashi R. “Oxide thermoelectrics: The challenges, progress, and outlook”, J. Mater. Res. 26, 1762–1772 (2011), DOI 10.1557/jmr.2011.108（書誌のみ確認） — doi.org/10.1557/jmr.2011.108
  21. Hong S. ほか “Wearable thermoelectrics for personalized thermoregulation”, Sci. Adv. 5, eaaw0536 (2019), DOI 10.1126/sciadv.aaw0536（オープンアクセス） — doi.org/10.1126/sciadv.aaw0536
  22. IEC “IEC 62830-2:2017″（Semiconductor devices for energy harvesting and generation – Part 2: Thermo power based thermoelectric energy harvesting） — webstore.iec.ch/en/publication/30355
  23. IEC “IEC 62830-5:2021″（同 Part 5: Test method for measuring generated power from flexible thermoelectric devices） — webstore.iec.ch/en/publication/26500
  24. 日本産業標準調査会（JISC） “JIS R 1650-1” 検索結果と詳細（制定2002/03/20、最新確認2026/06/22） — jisc.go.jp（JIS R 1650-1）
  25. 日本産業標準調査会（JISC） “JIS R 1650-2” 検索結果と詳細（制定2002/03/20、最新確認2026/06/22） — jisc.go.jp（JIS R 1650-2）
  26. 日本産業標準調査会（JISC） “JIS R 1650-3” 検索結果と詳細（制定2002/03/20、最新確認2026/06/22） — jisc.go.jp（JIS R 1650-3）
  27. 日本産業標準調査会（JISC） “JIS R 1611” 検索結果と詳細（制定1991/11/01、最新改正2010/09/21、最新確認2025/10/20） — jisc.go.jp（JIS R 1611）
  28. ISO “ISO 18755:2022″（第2版、2022年12月、ISO/TC 206） — iso.org/standard/81531.html
  29. ISO “ISO 22007-4:2024″（第3版、2024年1月、ISO/TC 61/SC 5） — iso.org/standard/86202.html
  30. NETZSCH “LFA 467 HyperFlash”（準拠規格の記載。ASTM E1461、ISO 22007-4、ISO 18755 など） — analyzing-testing.netzsch.com（LFA 467）
  31. NETZSCH “Precise Determination of the Specific Heat by Means of DSC”（ASTM E 1269、DIN 51 007、ISO 11357-4 の記載） — analyzing-testing.netzsch.com（DSC 比熱）
  32. ISO “ISO 11357-4:2021″（第3版、2021年2月、ISO/TC 61/SC 5） — iso.org/standard/79998.html

13. 主張と出典の対応表（監査）

本文の主張根拠区分
ZT＝(S²σ／κ)T の定義、κ＝κe＋κL、κe＝LσT、パワーファクターの呼称。理想最大効率の式（カルノー効率×平均 ZT の項）と、実際の効率は温度依存の S・σ・κ で決まるという断り。half-Heusler の温度域（400〜800 ℃）、ZT 約1から1.5、モジュール効率10%近く・出力密度9 W／cm²近く、単脚の試験が中心という指摘、破壊靱性約2 MPa・m1/2・ポアソン比約0.2、p・n 脚の線膨張係数の整合、市販 TEG の効率5〜8%Poon の総説（J. Phys. D 2019）
出典3 https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab3d71		事実
熱電材料に相反する性質の組み合わせが求められること。ZT を押し上げる仕組み（欠陥、サイズ効果、臨界現象、非調和性、スピン）Snyder と Toberer の総説、He と Tritt の総説
出典1 https://doi.org/10.1038/nmat2090
出典2 https://doi.org/10.1126/science.aak9997		事実
熱電の用途の整理（廃熱の電気化、電気の冷却・加熱への変換、自動車のシート・暗視装置・電気機器の筐体など）Bell（Science 2008）
出典4 https://doi.org/10.1126/science.1158899		事実
SnSe 単結晶の b 軸 ZT 2.6±0.3（923 K）、c 軸 2.3±0.3、a 軸 0.8±0.2、格子熱伝導率 0.23±0.03 W／(m・K)（973 K）、非調和性による説明Zhao ら（Nature 2014）
出典5 https://doi.org/10.1038/nature13184		事実
SnSe の逆算密度約5.43 g／cm³、理論密度6.07〜6.18 g／cm³の88〜90%、測定技術への疑義ではなく試料の本質への疑義であること、Zhao らの Reply が測定密度の低さを認めたとコメントが述べていることWei ら（Nature 2016）
出典7 https://doi.org/10.1038/nature19832		事実
多結晶 SnSe の ZT 約3.1（783 K）、格子熱伝導率約0.07 W／(m・K)、酸化スズ除去（著者の報告）Zhou ら（Nat. Mater. 2021）
出典10 https://doi.org/10.1038/s41563-021-01064-6		事実
MMRTG：熱電対768個、PbTe／TAGS、打ち上げ時約110 W、システム効率6%、17年設計寿命で推定72 W、熱出力約2,000 W、ゼーベック効果の説明NASA ファクトシート
出典6 https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/MMRTG.pdf		事実
Mg3Bi2 系の ZT 約0.9（350 K）、温度差約91 K（高温側 350 K）、Bi2Te3-xSex に匹敵・安価という著者の記述Mao ら（Science 2019）
出典8 https://doi.org/10.1126/science.aax7792		事実
Bi0.5Sb1.5Te3 の zT 1.86±0.15（320 K）、転位列、最大温度差81 KKim ら（Science 2015）
出典9 https://doi.org/10.1126/science.aaa4166		事実
スクッテルダイト（Ba・La・Yb 充填 CoSb3）の ZT 1.7（850 K）Shi ら（JACS 2011）
出典11 https://doi.org/10.1021/ja111199y		事実
PEDOT:Tos の ZT＝0.25（室温）、熱伝導率0.37 W／(m・K)、200 ℃ 以下で最良の市販半導体は Bi2Te3 系で ZT が1に近いこと、ZT＞2 の材料に共通する低い格子熱伝導率Bubnova ら（Nat. Mater. 2011）
出典12 https://doi.org/10.1038/nmat3012		事実
NaCo2O4 単結晶の面内熱起電力約100 µV／K（300 K）、面内抵抗率200 µΩ・cm（300 K）。酸化物の総説の存在Terasaki ら（Phys. Rev. B 1997）、He ら（J. Mater. Res. 2011、書誌のみ）
出典13 https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.R12685
出典20 https://doi.org/10.1557/jmr.2011.108		事実
PbTe 系焼結体の ZT 1.8（550 ℃）、ZT が高い温度域300〜700 ℃、一段モジュール（8対）8.8%・3.55 W（600／30 ℃）、二段モジュール11%・2.34 W（600／10 ℃）、シミュレーション12.2%・15.6%、差の原因（界面の電気抵抗と熱損失）、素子寸法、Fe・Co 電極、長期耐久性・機械特性と元素置換の計画、排熱の割合（一次エネルギーの60%超）産総研の発表（英訳）
出典14 https://www.aist.go.jp/aist_e/list/latest_research/2016/20160520/en20160520.html		事実
ラウンドロビン：IEA の実施協定のもとでの国際共同（1回目6か国9機関、2回目4か国9機関、結果掲載は各7機関）、試料（Marlow の n 型 Bi2Te2.7Se0.3・p 型 Bi0.5Sb1.5Te3、平均粒径約20 µm、最高225 ℃）、ゼーベック係数のばらつき（1回目約±5.5%、2回目約±4%）、電気抵抗率（最大±12.5%、室温約±5%・200 ℃で約±9%）、熱拡散率（室温±2〜4%、最大±6〜10%）、比熱（40〜50%のずれ、±15%超、Dulong-Petit）、結論の「+4-9%」「+5-10%」、試料間ばらつき、探針間距離の誤差、機関名を伏せたことORNL の Annex VIII 報告書の本文
出典15 https://info.ornl.gov/sites/publications/files/Pub32716.pdf		事実
同じ共同研究の Part II（熱拡散率・比熱・熱伝導率）の論文が Journal of Electronic Materials 42 に存在すること（書誌のみ）Crossref の書誌
出典16 https://doi.org/10.1007/s11664-013-2516-0		事実
素子 ZT が温度窓で変わること（300〜800 K で0.96、300〜600 K で0.72という計算ページの例）Snyder らの素子 ZT 計算ページ
出典17 https://thermoelectrics.matsci.northwestern.edu/thermoelectrics/ztcalc.html		事実
帯域溶融 Bi2Te3 の機械的弱さ、硬さ0.35 GPa、nano-TiN 分散 n 型の硬さ0.98 GPa・曲げ強さ36.3 MPa・圧縮強さ74 MPa・ZT 0.957（375 K）と325〜450 K の平均 ZT 0.89、高アスペクト比素子の破損Lin ら（Materials 2024）
出典18 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11051758/		事実
テルルは銅精錬の副産物、2025年の世界消費の用途別推定（太陽電池70%、熱電素子15%、冶金10%、その他5%）、中国が精製テルルの推定80%、2025年2月からの中国の輸出書類要件USGS Mineral Commodity Summaries 2026
出典19 https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2026/mcs2026-tellurium.pdf		事実
ウェアラブル熱電素子（二層エラストマーと剛い熱電ピラー、10 ℃超の冷却効果、COP＞1.5）Hong ら（Sci. Adv. 2019）
出典21 https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw0536		事実
IEC 62830-2:2017 の題名・適用範囲・発行日、IEC 62830-5:2021 の題名・適用範囲・発行日IEC Webstore
出典22 https://webstore.iec.ch/en/publication/30355
出典23 https://webstore.iec.ch/en/publication/26500		事実
JIS R 1650-1・-2・-3、JIS R 1611 の番号・題名・制定年月日・確認日JISC データベース
出典24 https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISNumberNameSearchList?show&jisStdNo=R1650-1
出典25 https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISNumberNameSearchList?show&jisStdNo=R1650-2
出典26 https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISNumberNameSearchList?show&jisStdNo=R1650-3
出典27 https://www.jisc.go.jp/app/jis/general/GnrJISNumberNameSearchList?show&jisStdNo=R1611		事実
ISO 18755:2022、ISO 22007-4:2024、ISO 11357-4:2021 の番号・題名・版・適用範囲ISO の標準ページ
出典28 https://www.iso.org/standard/81531.html
出典29 https://www.iso.org/standard/86202.html
出典32 https://www.iso.org/standard/79998.html		事実
ASTM E1461・ASTM E1269 が、機器メーカーの資料で ISO 22007-4、ISO 18755、ISO 11357-4 と並べて準拠規格に挙げられていること（ASTM のサイトは参照していない）NETZSCH のページ（非 ASTM の公開資料）
出典30 https://analyzing-testing.netzsch.com/en/footer/legacy-products/lfa-467-hyper-flash-light-flash-apparatus
出典31 https://analyzing-testing.netzsch.com/en-US/know-how/tips-tricks/dsc/precise-determination-of-the-specific-heat-by-means-of-dsc		事実
温度窓と平均 ZT による理想効率（窓A 8.8〜21.7%、窓B 2.2〜5.6%）、産総研モジュールの相当 ZT（約0.46、約0.72）、ZT の不確かさの合成（約14%、最悪24%）、規格対応表の整理本稿の計算。理想式（出典3）に温度を代入。前提・限界は各所に明記本稿の計算
規格の本文、ゼーベック係数・素子評価を対象とする ASTM 規格、ラウンドロビンの論文版の本文、Zhou らの再現・訂正の有無、素子の長期信頼性、RoHS 等の規制の適用本稿の調査範囲でアクセスできた一次情報では確認できなかったため記載していない解説
「熱伝導率を下げることは組織を壊れやすくする方向と隣り合う」「p型・n型の両方が要る」「ZT を読む四つの質問」「寿命を決めるのは界面かもしれない」という読み取り。キャリア濃度の概念図（図3）、温度域の整理（図4）公表内容にもとづく本記事の整理・解説。各機関・企業が表明した見解ではない解説
図2・図3・図4・図6が実際の観察像・実データではなく説明のための作図であること。図1と図5がAI生成イメージであること本記事による注記解説

最終更新：2026年10月10日／出典は一次情報（査読論文、NASA・産総研・USGS の公式資料、規格団体のページ）に限定しています。規格の本文は有料のため確認できていません。ASTM International のサイトは参照していません。 構造の整理や材料設計上の読み取りを含むため、それらは「解説」として出典付きの事実と区別しています。 規格の本文、ゼーベック係数・素子評価を対象とする ASTM 規格、ラウンドロビンの論文版の本文、Zhou らの再現・訂正の有無、素子の長期信頼性、RoHS 等の規制の適用については、確認できなかったため記載していません。 ZT・効率・温度差の数値は特定の試料・試作モジュールを特定の条件で測った結果であり、量産品や他の試料に一般化できません。 図はすべて説明用の概念図です。図2・図3・図4・図6はベクター作図、図1と図5はAI生成イメージであり、いずれも実際の断面写真・顕微鏡像・製品の実物を示すものではありません。