热电转换模块的制作方法

文档序号:9378335阅读:368来源:国知局
热电转换模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热电转换模块。
【背景技术】
[0002]所谓热电转换模块,是组合包含P型半导体的热电转换元件和包含N型半导体的热电转换元件而得到的模块,是利用温度差起电的模块。图4中示出了热电转换元件的结构例。图4所示的P型或N型热电转换元件400是在中空筒状的耐热性绝缘部件402的内部充满了 P型或N型热电转换部件401而构成的。P型热电转换元件400P包含P型热电转换部件401P,N型热电转换元件400N包含N型热电转换部件401N。
[0003]通过组合P型热电转换元件400P和N型热电转换元件400N来构成热电转换模块。图5所示的热电转换模块500具有利用电极502将P型热电转换元件400P和N型热电转换元件400N在电气上串联地连接而得到的结构(例如,参照专利文献I)。
[0004]专利文献1:国际公开第2012/066788号

【发明内容】

[0005]P型热电转换部件和N型热电转换部件的热特性不同。因此,在以往的热电转换模块中,P型热电转换元件的热阻和N型热电转换元件的热阻不同。
[0006]通过利用热能在P型热电转换元件中生成空穴、在N型热电转换元件生成电子,从而使热电转换元件进行发电。由此,若在P型热电转换元件和N型热电转换元件中热阻不同,则热能流动的量在P型热电转换元件和N型热电转换元件之间不同,因此,存在以下的问题:空穴和电子的流量不同,电流量由流量较少的一方限制,作为热电转换模块的发电性能下降。
[0007]本发明解决上述以往的问题,其目的在于,提供通过校正(降低)P型热电转换部件和N型热电转换部件的热阻之差来呈现较高性能的热电转换元件模块。
[0008]本发明提供热电转换模块,其包括:P型热电转换元件,其具有P型热电转换部件和覆盖该P型热电转换部件的第一绝缘体;N型热电转换元件,其具有N型热电转换部件和覆盖该N型热电转换部件的第二绝缘体;以及电极,其将所述P型热电转换部件和所述N型热电转换部件电连接。
[0009]在上述热电转换模块的一方面中,热电转换模块包括将所述P型热电转换部件和所述N型热电转换部件电连接的电极,在与所述P型热电转换部件或所述N型热电转换部件中流动的电流的方向正交的截面中,所述第一绝缘体的面积和所述第二绝缘体的面积不同,而且所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件的热阻之差小于所述P型热电转换部件和所述N型热电转换部件的热阻之差。
[0010]在上述热电转换模块的另一方面中,所述第一绝缘体的材料和所述第二绝缘体的材料不同,而且所述P型热电转换元件和所述N型热电转换元件的热阻之差小于所述P型热电转换部件和所述N型热电转换部件的热阻之差。
[0011]根据本结构,能够提供P型热电转换元件和N型热电转换元件的热阻差较小的热电转换模块。
[0012]如上所述,根据本发明的热电转换模块,能够使P型热电转换元件和N型热电转换元件的热阻接近,呈现较高的性能。
【附图说明】
[0013]图1A是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0014]图1B是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0015]图1C是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0016]图1D是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0017]图1E是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0018]图1F是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图。
[0019]图1G是本发明实施方式中的热电转换模块的横截面图
[0020]图2是本发明实施方式中的热电转换模块的纵截面图。
[0021]图3是本发明实施方式中的热电转换模块的制造工序图。
[0022]图4是表示专利文献I中记载的以往的热电转换元件的图。
[0023]图5是表示专利文献I中记载的以往的热电转换模块的图。
[0024]符号说明
[0025]100热电转换模块
[0026]110 P型热电转换元件
[0027]111 P型热电转换部件
[0028]112 筒
[0029]120 N型热电转换元件
[0030]121 N型热电转换部件
[0031]122 筒
[0032]201 电极
[0033]202接合材料
[0034]203a上面基板
[0035]203b下面基板
[0036]204抗蚀剂
[0037]205衬底金属
[0038]301 管
[0039]302 软管
[0040]303 气缸
[0041]304 坩埚
[0042]305溶融热电转换材料
【具体实施方式】
[0043]以下参照【附图说明】本发明实施方式。
[0044]在图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F以及图1G中,表示本发明的热电转换模块100的横截面图(与发电时在热电转换元件中流动电流的方向正交的截面)。
[0045]图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F以及图1G中所示的热电转换模块100具有P型热电转换元件110和N型热电转换元件120。P型热电转换元件110具有棒状的P型热电转换部件111和覆盖P型热电转换部件111的绝缘材料的筒112 (第一绝缘体)。N型热电转换元件120具有棒状的N型热电转换部件121和覆盖N型热电转换部件121的绝缘材料的筒122 (第二绝缘体)。
[0046]P型热电转换部件111和N型热电转换部件121是由若在两端产生温度差则产生电动势的材料形成的棒状部件。本实施方式I及2中的P型热电转换部件111以及N型热电转换部件121采用了在从常温到500K的温度范围具有较高的起电电压的B1-Te (铋-碲)系材料。另外,本实施方式3及4中的P型热电转换部件111采用了在从500K到700K的温度范围具有较高的起电电压的Zn-Sb(锌-锑)系材料,N型热电转换部件121采用了在从500K到900K的温度范围具有较高的起电电压的Co-Sb(钴-锑)系材料。但是,可以根据在起电时的使用时存在的温度差选择P型热电转换部件111以及N型热电转换部件121。例如,如果温度差为从常温到800K则可以使用Pb-Te(铅-碲)系,如果所述温度差为从常温到900K则可以使用方钴矿系,如果所述温度差为从常温到1,000K则可以使用S1-Ge (??圭-错)系。
[0047]可以通过添加适当的掺杂物来得到P型热电转换部件111以及N型热电转换部件121。在作为P型热电转换部件111和N型热电转换部件121而使用B1-Te系材料的情况下,用于得到P型热电转换部件111的掺杂物的例子中包括Sb。用于得到N型热电转换部件121的掺杂物的例子中包括Se。通过添加这些掺杂物,热电转换材料形成混合晶。因此,例如以Iia5Sk5Te/和“Bi2Te2.7Sea3”这样的组成式所表示的程度的量添加这些掺杂物。
[0048]对于P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的形状,从元件的生产性和使热电转换材料的晶体取向与筒的轴向一致的观点出发,优选为多棱柱或圆柱,从防止作为脆性的热电转换材料的断裂的观点出发,更优选为能够抑制应力向角部集中的圆柱。
[0049]筒112和122是由具有耐热性和绝缘性的材料形成的、具有在两端开口的空腔的部件。筒112和122具有对于元件即使在使用时的高温侧一端的温度或在热电转换材料的融点也保持形状的耐热性。另外,筒112和122具有在热电转换模块中起电时截断P型热电转换部件111和N型热电转换部件121之间的电流的绝缘性。
[0050]筒112和122能够分别容纳P型热电转换部件111和N型热电转换部件121且具有耐热性和绝缘性即可。对于筒112和122的形状,可以从圆筒、多棱筒以及在角部具有圆角的多棱筒等中选择。筒112和122的材料的例子包括二氧化硅、氧化铝等金属氧化物、耐热玻璃、石英等。对于筒112和122的材料,根据耐热性的观点优选为石英,进而若考虑成本,优选为耐热玻璃。
[0051]在本发明的第一方式中(参照实施方式I),优选P型热电转换元件110的筒112和N型热电转换元件120的筒122的横截面积(与发电时在热电转换元件中电流流动的方向正交的截面的面积)不同(参照图1A?图1D)。
[0052]在本发明的第二方式中(参照实施方式2),优选筒112的材料的热阻率(热阻率是热传导率的倒数)和筒122的材料的热阻率不同。
[0053]根据这些结构,能够与P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的热阻之差相比,缩小P型热电转换元件110和N型热电转换元件120的热阻之差。S卩,能够校正(降低)P型热电转换元件110和N型热电转换元件120的热阻之差。通过降低P型热电转换元件110和N型热电转换元件120的热阻之差,能够防止热电转换模块100性能下降。
[0054]另一方面,由于能够将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的横截面中的面积设为相同,因此,能够不使P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的电阻降低而校正热阻之差。进而,由于能够将P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的体积和形状设为相同,因此能够不使P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的电阻降低而进一步减小热阻之差。
[0055]在本发明的第三方式中(参照实施方式3),P型热电转换部件111和N型热电转换部件121的横截面积(与发电时在热电转换元件中电流流动的方向正交的截面的面积)不同。另外,P型热电转换元件110的筒112和N型热电转换元件120的筒122的横截面积(与发电时在热电转换元件中电流流动的方向正交的截面的面积)不同(参照图1F)。
[0056]在本发明的第四方式中(参照实施方式4),优选P型热电转换部件11
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