热电转换层的制造方法及热电转换元件的制作方法

文档序号:9602656阅读:477来源:国知局
热电转换层的制造方法及热电转换元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种热电转换层的制造方法及热电转换元件。
【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热电发电元件、珀耳帖元件 那样的热电转换元件。
[0003] 应用这种热电转换材料、热电转换元件的热电发电能够将热能直接转换为电力, 不需要可动部,而使用于通过体温工作的手表、偏僻地区用电源、宇宙用电源等。
[0004] 作为包含于这种热电转换元件中的热电转换层的制造方法,通常实施的方式为实 施加热烧成处理,并形成热电转换层(专利文献1)。更具体而言,在专利文献1中公开有在 制造热电转换层时通过实施加热烧成处理(加热烧结处理)而制造包含孔隙(空隙)的多 孔性热电转换层的方法。
[0005] 以往技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利公开平10-041556号公报
[0008] 发明的概要
[0009] 发明要解决的技术课题
[0010] 另一方面,近年来,为了提高使用热电转换元件的设备的性能,要求进一步提高热 电转换元件的热电转换性能。
[0011] 本发明人等实施如专利文献1所记载的加热烧成处理,并制作多孔性热电转换层 时,发现了其热电转换层的热电转换性能(性能指数ZT)并未满足近来所要求的水平,而需 要进一步改进。
[0012] 并且,在上述加热烧成处理中加热时间较长,从生产率的方面来看,也未必是能够 令人满意的方法。
[0013] 本发明鉴于上述实际情况,其目的在于提供能够有效地制造热电转换性能优异的 热电转换层的热电转换层的制造方法。
[0014] 用于解决技术课题的手段
[0015] 本发明人等对上述课题经过深入的研究,发现通过以下结构能够实现上述目的。
[0016] (1) -种热电转换层的制造方法,包括如下工序,即实施对包含有机材料及可以热 电转换的无机材料的前体层照射光的光烧成处理,形成具有孔隙的热电转换层。
[0017] (2)根据(1)所述的热电转换层的制造方法,有机材料包含热塑性树脂。
[0018] (3)根据(1)或(2)所述的热电转换层的制造方法,前体层中还包含有光热转换材 料。
[0019] (4)根据⑴~(3)中任一项所述的热电转换层的制造方法,可以热电转换的无 机材料包含热电转换材料,该热电转换材料包含选自Bi、Sb、Ag、Pb、Ge、Cu、Sn、As、Se、Te、 Fe、Mn、Co、Si及Zn中的至少一种以上的元素。
[0020] (5)根据⑴~⑷中任一项所述的热电转换层的制造方法,可以热电转换的无机 材料包含选自由Zn-Sb类热电转换材料、Pb-Te类热电转换材料、Bi-Se类热电转换材料、 Ag-Te类热电转换材料及Si-Ge类热电转换材料构成的组的至少一种。
[0021] (6) -种热电转换元件,具备通过⑴~(5)中任一项所述的热电转换层的制造方 法而制造的热电转换层。
[0022] 发明效果
[0023] 根据本发明,能够提供可以有效地制造热电转换性能优异的热电转换层的热电转 换层的制造方法。
【附图说明】
[0024] 图1是示意地表示本发明的热电转换元件的一例的剖视图。图1中的箭头表示在 使用元件时被赋予的温度差的方向。
[0025] 图2是示意地表示本发明的热电转换元件的一例的剖视图。图2中的箭头表示在 使用元件时被赋予的温度差的方向。
[0026] 图3是示意地表示本发明的热电转换元件的一例(模块)的剖视图。
【具体实施方式】
[0027] 以下,对本发明的热电转换层的制造方法的优选的方式进行说明。另外,在本说明 书中,用"~"表示的数值范围是指将记载于"~"的前后的数值作为下限值及上限值而包 含的范围。
[0028] 作为本发明的热电转换层的制造方法的一种特征点,可以举出对包含有机材料的 前体层进行光烧成处理的一点。若对包含有机材料的前体层照射光而实施烧成处理,则通 过由光能的照射而产生的热能,有机材料分解并挥发,热电转换层中的孔隙(空隙)的形成 得到促进。其结果,形成热电转换性能优异的热电转换层。尤其,光烧成处理通常通过基于 闪光灯等的光照射而在短时间内实施,由于瞬间达到高温条件,因此与加热烧成的情况相 比,能够更有效地形成孔隙。并且,在加热烧成的情况下,由于被处理物长时间被暴露于高 温下,因此支撑热电转换层的基材因热而容易受到破损和变形,但是在光烧成时短时间内 结束处理,因此对基材的影响也少,与基材的种类无关,共用性优异且生产率也优异。并且, 热烧成经时有机物分解并产生气体,因此从层产生的气体容易泄漏,且不易形成孔隙。另一 方面,在光烧成处理的情况下,在短时间内有机材料分解并气化,因此容易形成孔隙。
[0029] 本发明的热电转换层的制造方法具备如下工序:对包含有机材料及可以热电转换 的无机材料的前体层实施照射光的光烧成处理;及形成具有孔隙的热电转换层。以下,分为 形成前体层的工序A和实施光烧成处理的工序B而进行说明。
[0030] 以下,关于在各工序中使用的材料及顺序进行详细的说明。
[0031] <工序A(前体层形成工序)>
[0032] 工序A为形成包含有机材料及可以热电转换的无机材料的前体层的工序。通过该 工序而形成实施后述光烧成处理的前体层。
[0033] 以下,首先,对包含于前体层中的成分进行详细的说明之后,对工序的顺序进行详 细的说明。
[0034] (有机材料)
[0035] 在前体层中含有有机材料。有机材料通过后述工序B的光烧成处理而分解并挥 发,发挥形成热电转换层中的孔隙(空隙)的作用。
[0036] 所使用的有机材料的种类并无特别的限制,能够使用公知的有机材料。作为有机 材料,例如可以是低分子化合物(低分子有机化合物)及高分子化合物(高分子有机化合 物)中的任意的化合物,从孔隙的形成性更优异的方面来看,优选为高分子化合物。另外, 所谓高分子化合物意指分子量为1〇〇〇以上的化合物,所谓低分子化合物意指分子量小于 1000的化合物。
[0037] 作为高分子化合物,能够使用公知的树脂。例如可以举出乙烯类树脂、丙烯类树 月旨、苯乙烯类树脂、聚烯烃类树脂、聚酰胺类树脂等。其中,从热电转换层的热电转换性能更 优异的方面来看,高分子化合物优选为热塑性树脂,更优选为从由聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙 烯醇、聚乙烯亚胺、聚环氧烷(聚环氧乙烷、聚环氧丙烷)及聚缩醛构成的组进行选择。
[0038] 前体层中的有机材料的含量并无特别的限制,但是从热电转换层的热电转换性能 更优异的方面来看,相对于后述可以热电转换的无机材料1〇〇质量份,优选为5~60质量 份,更优选为10~40质量份。
[0039] 另外,有机材料可以仅使用一种,也可以使用两种以上。
[0040] (可以热电转换的无机材料(以下,也简称为无机材料)
[0041] 前体层中包含可以热电转换的无机材料(无机类热电转换材料)。所谓可以热电 转换的无机材料是表示热电转换能的无机材料。
[0042] 作为无机材料,可以举出化合物半导体类材料及氧化物半导体类材料等半导体类 材料。其中,从热电转换层的热电转换性能更优异的方面来看,优选为包含选自Bi、Sb、Ag、 Pb、Ge、Cu、Sn、As、Se、Te、Fe、Μη、Co、Si及Zn中的至少一种以上的元素的热电转换材料。 其中,从热电转换层的热电转换性能进一步优异的方面来看,作为无机材料,优选为选自由 Zn-Sb类热电转换材料、Pb-Te类热电转换材料、Bi-Se类热电转换材料、Ag-Te类热电转换 材料及Si-Ge类热电转换材料构成的组的至少一种。另外,例如所谓Si-Ge类热电转换材 料意指包含Si元素及Ge元素的热电转换材料,上述其他热电转换材料也同样地意指包含 规定元素的热电转换材料。
[0043] 作为可以热电转换的无机材料的具体例,能够举出碲化铋类材料(具体而言,例 如Bi2Te3、Bi2Te2.85Se。. 15)、碲化铋-锑类材料、锑-碲类材料(具体而言,例如Sb2Te3)、铊-碲 类材料、铋-硒类材
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