热电转换元件及热电转换模块的制作方法

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热电转换元件及热电转换模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种热电转换元件及使用该热电转换元件的热电转换模块。
【背景技术】
[0002] 能够将热能和电能彼此转换的热电转换材料使用于如通过热而发电的发电元件、 巧耳帖元件那样的热电转换元件中。
[0003] 热电转换元件能够将热能直接转换为电力,具有不需要可动部等优点。因此,利用 热电转换元件的发电元件设置于例如般烧炉、工厂的各种设备等排热的部位,从而无需耗 费动作成本便能够简单地获得电力。
[0004] 在运种热电转换元件中,将无机材料用作热电转换材料的热电转换元件已知有如 专利文献1中所记载的所谓的n型热电转换元件。 阳0化]所谓31型热电转换元件具有如下结构,即设置彼此隔开的一对电极,W彼此隔开 相同的距离的方式,在一个电极上设置n型热电转换材料,在另一个电极上设置P型热电转 换材料,并通过电极而连接两个热电转换材料的上表面而成。
[0006] 并且,Wn型热电转换材料和P型热电转换材料交替配置的方式排列多个热电转 换元件,并将热电转换材料的下部的电极串联连接,从而形成热电转换模块。
[0007] 例如,在专利文献1中提出有热电转换元件(热电转换模块),其使用氧化物热电 转换材料,而不使用上表面连接用电极,并将n型氧化物热电转换材料和P型氧化物热电转 换材料进行接合而构成。
[0008] 该热电转换元件具有如下结构,即在接合的n型氧化物热电转换材料与P型氧化 物热电转换材料之间设置玻璃等绝缘材料,在n型氧化物热电转换材料与P型氧化物热电 转换材料的接合面,形成两个热电转换材料直接接合的区域和经由玻璃等绝缘材料而接合 的区域而成。
[0009] 另一方面,可W考虑通过将有机材料用作热电转换材料而获得轻量化、具有良好 的晓性的热电转换模块。
[0010] 作为一例,在专利文献2中记载有,在支撑体上依次排列n型热电转换材料(n型 半导体元件)、P型热电转换材料(P型半导体元件)及绝缘体而成的热电转换元件中,将有 机半导体材料用作热电转换材料,并且通过涂布或印刷而形成n型热电转换材料及P型热 电转换材料或绝缘体的热电转换元件(热电转换模块)。
[0011] W往技术文献 阳〇1引专利文献
[0013] 专利文献1 :日本专利第5098589号公报
[0014] 专利文献2 :日本专利公开2010-199276号公报 阳〇1引发明的概要
[0016] 发明要解决的技术课题
[0017] 热电转换元件能够仅使用n型热电转换元件及P型热电转换元件中的任一个而进 行制作。然而,若考虑发电效率,则如所述n型热电转换元件那样,优选使用n型热电转换 元件和P型热电转换元件运两者。
[0018] 并且,如前述,若考虑轻量化、晓性的赋予等,则热电转换材料优选使用有机材料。
[0019] 然而,使用有机n型热电转换材料及有机P型热电转换材料的、具有对应于所述31 型的结构,并且抑制在电极之间产生泄漏电流的具有良好的发电效率的热电转换元件尚未 实现。
[0020] 本发明的目的在于解决运种现有技术的问题,且提供将W使用无机材料的热电转 换元件而被利用的、具有对应于所谓的n型的结构,并且抑制电极之间产生泄漏电流的具 有良好的发电效率的热电转换元件,使用基于有机n型热电转换材料的n型热电转换层和 基于有机P型热电转换材料的P型热电转换层而实现的热电转换元件、W及使用该热电转 换元件的热电转换模块。
[0021] 用于解决技术课题的手段
[0022] 为了实现运种目的,本发明的热电转换元件,其特征在于,具有:基板;
[0023]-对电极,在基板的表面彼此隔开地形成;
[0024]绝缘层,与基板接触,并且覆盖一对电极的彼此对置一侧的端部,并形成于一对电 极之间;
[00巧]热电转换层,由P型热电转换层和n型热电转换层构成,该P型热电转换层覆盖一 对电极中的一个电极的至少一部分而形成,且含有有机P型热电转换材料,该n型热电转换 层覆盖一对电极中的另一个电极的至少一部分而形成,且含有有机n型热电转换材料, [00%] 并且,P型热电转换层及n型热电转换层具有被绝缘层隔开的隔开区域和在绝缘 层的上部彼此接合的接触区域。
[0027]在运种本发明的热电转换元件中,优选绝缘层的导热率为IW/(m?K) W下。
[0028]并且,优选基板由有机材料形成。
[0029]并且,优选绝缘层的上表面呈圆弧状。
[0030] 并且,优选绝缘层与热电转换层的厚度之比满足"绝缘层/热电转换层=0. 3~ 0. 9"。
[0031] 并且,优选在P型热电转换层及n型热电转换层上,具有与两个热电转换层接触的 连接用电极。
[0032]并且,优选P型热电转换层及n型热电转换层含有碳纳米管及粘合剂。
[0033]另外,优选P型热电转换层及n型热电转换层中的至少一个热电转换层,其一部分 接触于基板而形成。
[0034]并且,提供一种热电转换模块,本发明的热电转换模块,其特征在于,WP型热电 转换层和n型热电转换层交替排列的方式,将本发明的热电转换元件彼此隔开地排列,
[0035]通过将相邻的热电转换元件的被P型热电转换层覆盖的电极和被n型热电转换层 覆盖的电极连接,由此将多个热电转换元件串联连接而成。
[0036] 发明效果
[0037]根据运种本发明,使用基于有机n型热电转换材料的n型热电转换层和基于有机P型热电转换材料的P型热电转换层,能够获得W使用无机材料的热电转换元件而被利用 的、具有对应于所谓的型的结构,并且抑制在电极之间产生泄漏电流而具有良好的发电 效率的热电转换元件、W及使用该热电转换元件的具有良好的发电效率的热电转换模块。【附图说明】
[00測图1 (A)是概括地表示本发明的热电转换元件的一例的主视图,图1做是概括地 表示本发明的热电转换元件的一例的俯视图,图I(C)是概括地表示本发明的热电转换元 件的另一例的俯视图。
[0039] 图2(A)~图2值)是用于说明图I(A)及图1做所示的热电转换元件的制造方法 的一例的示意图。
[0040] 图3是概括地表示本发明的热电转换元件的另一例的主视图。
[0041]图4是概括地表示本发明的热电转换模块的一例的主视图。
[0042] 图5是概括地表示实施例中的热电转换模块的俯视图。
【具体实施方式】
[0043] W下,关于本发明的热电转换元件及热电转换模块,根据附图所示的优选实施例 进行详细的说明。
[0044] 在图1 (A)及图1度)中概括地表示本发明的热电转换元件的一例。另外,图1 (A) 为主视图,图1度)为俯视图。 W45] 图1 (A)及图1做中所示的热电转换元件10构成为,基本上具有:基板12 ;由第1 电极Hn及第2电极14p构成的电极对14 ( 一对电极);绝缘层18 ;由n型热电转换层20n 及P型热电转换层2化构成的热电转换层20。
[0046] 在此,在本发明的热电转换元件10中,n型热电转换层2化将有机n型热电转换 材料用作热电转换材料,P型热电转换层2化将有机P型热电转换材料用作热电转换材料。
[0047] 如图I(A)所示,热电转换元件10在基板12的表面形成有彼此隔开且由第1电极 14n及第2电极14p构成的电极对14。 W4引 W下,为方便起见,将第1电极14n与第2电极14p的隔开方向(图1中为横向) 也称作排列方向。并且,将与该排列方向正交的方向(与图1 (A)的纸面垂直的方向、图1度) 的上下方向)也称作宽度方向。并且,相对于电极对14,将基板12的相反侧(图I(A)中的 上侧)也称作上方,将反方向也称作下方。 W例第1电极14n及第2电极14p之间的基板12上,填补电极对14的间隙,并且覆盖 第1电极14n及第2电极14p的彼此对置一侧的端部,从而形成绝缘层18。
[0050] 在第1电极14n上,除去排列方向的绝缘层18的相反侧的端部而形成n型热电转 换层20n。另一方面,在第2电极14p上,同样地除去排列方向的绝缘层18的相反侧的端部 而形成P型热电转换层20p。
[0051] 构成热电转换层20的n型热电转换层Wn及P型热电转换层2化均形成至绝缘 层18的上方,且在绝缘层18上的排列方向的中央部接合。从而,在n型热电转换层Wn和 P型热电转换层20p的接合面(对置面)上,存在被绝缘层18隔开的隔开区域和其上方的 两者直接接合的接触区域。
[0052] 运种热电转换元件10例如通过基于与热源的接触等进行的加热而上下产生溫度 差,从而根据该溫度差而产生上下载流子的密度差,并产生电力。
[0053] 另外,在本发明中,也可W利用将上下任一方设为热源一侧的结构。
[0054]在本发明的热电转换元件10中,基板12的形成材料只要塑料薄膜、在表面形成阳 极氧化皮膜而成的侣板等的表面(至少第1电极14n等的形成面)为绝缘性材料,则可W 利用各种材料。 阳化5] 基板12的形成材料优选使用塑料薄膜等有机材料。通过用有机材料形成基板12, 在能够形成具有晓性的热电转换元件10 (即,具有晓性的热电转换模块)、能够实现热电转 换元件10的轻量化、能够直接安装于配管等的曲面、能够防止因冲击而产生的破损等方面 是优选的。
[0056] 另外,通过用有机材料形成基板12(至少基板12的表面),在能够提高热电转换层 20与电极对14的粘附性方面也是优选的。关于运一方面,之后将进行详述。
[0057] 作为可利用于基板12的有机材料,具体而言,适合利用聚对苯二甲酸乙二醋、聚 间苯二甲酸乙二醋、聚糞二甲酸乙二醋、聚对苯二甲酸下二醇醋、聚对苯二甲酸1,4-环己 二甲醋、聚2, 6-糞二簇酸乙二醇醋等聚醋树脂,聚酷亚胺、聚碳酸醋、聚丙締、聚酸讽、环締 控聚合物、聚酸酸酬(PEEK)、S醋酸纤维素(TAC)等树脂材料、玻璃环氧树脂、液晶聚醋等。
[0058]作为基板12的形成材料,也可W利用运些树脂材料的共聚物、运些材料的混合 物。
[0059] 其中,不仅容易获得且经济,而且在不会因溶剂而溶解,且能够通过涂布、印刷而 形成绝缘层18和n型热电转换层Wn等方面,优选可W例举聚对苯二甲酸乙二醋、聚糞二 甲酸乙二醋、聚酷亚胺、聚酸酸酬、玻璃环氧树脂、液晶性聚醋。其中,尤其优选可W例举聚 对苯二甲酸乙二醋、聚糞二甲酸乙二醋、聚酷亚胺、玻璃环氧树脂、液晶性聚醋等。
[0060] 基板12的厚度根据对热电转换元件10求出的强度、晓性、重量、尺寸等而适当地 设定即可。
[0061] 具体而言,基板12的厚度优选为5~1000ym。其中,从晓性
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