東京⼯業⼤学らの研究グループは、バリウムとシリコン、酸素の組成からなる「Ｂａ₃ＳｉＯ」が毒性元素を含まない材料として過去最⾼の熱電変換効率を⽰し、⾼性能熱電材料として有望であることを発表した。

これまで、廃熱を電気エネルギーとして再利⽤するための熱電変換材料には、鉛やテルルなどの希少で毒性を有する元素が使われており、より安価で環境に優しい材料の開発が求められていた。⼀⽅、ＳｒＴｉＯ₃ に代表される酸化物熱電材料は、無毒で豊富な元素で構成されるメリットがあるものの、熱伝導率が⾼いために変換効率が低いという問題を抱えていた。

研究では、特殊な結晶構造「逆ペロブスカイト構造」を有するＢａ₃ＳｉＯが、ＳｒＴｉＯ₃に⽐べて約１桁低い熱伝導率を表すことを⾒いだした。陽イオンと陰イオンの配置がＳｒＴｉＯ₃とは逆になっており、重元素のバリウム（Ｂａ）を多く含み、弱いＯ−Ｂａ結合からなる柔らかい⾻格を有していることから低い熱伝導率が実現される。

研究ではさらに、第１原理量⼦計算から、通常は陽イオンになるシリコン（Ｓｉ）が陰イオンとして振る舞い、電荷キャリアの移動を担うことで⾼い電気出⼒を実現できることを明らかにした。

このことから、Ｂａ₃ＳｉＯは３００度付近の中温域において、毒性元素を含まない材料として最⾼の熱電変換効率（ＺＴ）～２．１を⽰す有望材料であることが分かった。

この性能は、鉛やテルルなどの毒性元素を含む材料の性能に匹敵することから、毒性元素を⼀切含まない環境調和型熱電材料への代替につながると期待できるという。