热电转换层的制造方法及热电转换元件的制作方法_3

文档序号:9602656阅读:来源:国知局
71] 另外,在第1前体层中也可以包含有机材料及无机材料以外的其他成分(例如光 热转换材料)。另外,后述第2前体层吸收所照射的光并转换为热能,因此实际上在第1前 体层中也可以不包含光热转换材料。另外,所谓实际上不包含意指光热转换材料的含量相 对于第1前体层总质量为〇. 5质量%以下。
[0072] 在第2前体层中至少包含上述光热转换材料。
[0073] 在第2前体层中,优选作为主要成分包含光热转换材料。更具体而言,从热电转换 层的热电转换性能更优异的方面来看,第2前体层中的光热转换材料的含量相对于第2前 体层总质量优选为50~95质量%,更优选为60~90质量%。
[0074] 在第2前体层中可以包含光热转换材料以外的成分,例如可以包含上述有机材 料,优选包含热塑性树脂。
[0075] 在第2前体层中包含有机材料(优选为热塑性树脂)的情况下,从热电转换层的 热电转换性能更优异的方面来看,其含量相对于光热转换材料1〇〇质量份,优选为5~50 质量份,更优选为10~40质量份。
[0076] 第1前体层的厚度与第2前体层的厚度之比(第1前体层的厚度/第2前体层的 厚度)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,优选为2~ 50,更优选为5~30。
[0077] 上述层叠型前体层的制造方法并无特别的限制,可以举出:将包含有机材料及可 以热电转换的无机材料的第1前体层形成用组合物涂布于基材上,根据需要实施干燥处理 而形成第1前体层,然后,将包含光热转换材料的第2前体层形成用组合物涂布于第1前体 层上,根据需要实施干燥处理而形成第2前体层的方法(涂布方法);及在另行制作的第1 前体层上层合另行制作的第2前体层的方法等。其中,从各层的厚度控制容易的方面来看, 优选为涂布方法。
[0078] 第1前体层形成用组合物及第2前体层形成用组合物中也可以包含上述溶剂。
[0079] <工序B(光烧成工序)>
[0080] 工序B为对前体层实施照射光的光烧成处理,形成具有孔隙的热电转换层的工 序。如上所述,若对前体层照射光而进行光烧成,则有效地形成孔隙,并形成热电转换性能 优异的热电转换层。
[0081] 使用于光烧成处理的光源的种类并无特别的限制,例如有水银灯、金属??化物灯、 氙灯、化学灯、碳弧灯等。作为放射线,有电子束、X射线、离子束、远红外线等。并且也可以 使用g线、i线、Deep-uv光、高密度能量射束(激光束)。
[0082] 作为具体的方式,可以优选举出基于红外线激光器的扫描曝光、氙气放电灯等高 照度闪光曝光、红外灯曝光等,尤其从发光波长的方面来看,优选为氙气放电灯的高强度闪 光曝光。
[0083] 作为光照射的处理,优选为脉冲光照射处理(例如基于闪光灯的脉冲光照射处 理)。由于高能量脉冲光的照射能够将照射部在极短的时间内集中加热,因此能够使对支撑 前体层的基材的热的影响极小。
[0084] 作为脉冲光的照射能量,优选为1~100J/cm2,更优选为1~30J/cm2,作为脉冲 宽度,优选为1μ秒~l〇〇m秒,更优选为10μ秒~10m秒。脉冲光的照射时间优选为1~ 100m秒,更优选为1~50m秒,进一步优选为1~20m秒。
[0085] 实施上述脉冲光照射处理的气氛并无特别的限定,可以举出大气气氛下、惰性气 氛下、或者还原性气氛下等。另外,所谓惰性气氛,例如为充满氩、氦、氖、氮等惰性气体的气 氛,并且所谓还原性气氛是指存在氢、一氧化碳、甲酸、乙醇等还原气体的气氛。
[0086] 通过实施上述处理而能够形成具有孔隙的热电转换层。
[0087] 从赋予温度差的方面等来看,热电转换层的平均厚度优选为0. 1~1000μm,更优 选为1~100μm。
[0088] 另外,热电转换层的平均厚度是测定任意10点的热电转换层的厚度,并对其进行 算术平均而求出。
[0089] 在热电转换层中包含孔隙(空隙)。换言之,为多孔性热电转换层。因此,热电效 率降低,且热电转换性能提高。热电转换层中的孔隙的比例(孔隙率)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,优选为20%以上,更优选为30%以 上。上限并无特别的限制,但是从热电转换层的机械强度的方面来看,优选为80%以下,更 优选为60%以下。
[0090] 另外,作为孔隙率的测定方法,用电子显微镜(例如扫描式电子显微镜)测定热电 转换层的剖面,测定至少3处观察区域(ΙΟμπιΧΙΟμπι)中的孔隙面积的比例(%)[(孔隙 的总面积/观察区域面积)X100],并对其进行算术平均。
[0091] <热电转换元件>
[0092] 本发明的热电转换元件具备通过上述制造方法而得到的热电转换层。
[0093] 作为热电转换元件的优选方式,具有基材、设置于基材上的上述热电转换层、及将 它们电连接的电极的元件,更优选为具有设置于基材上的1对电极、及配置于该电极之间 的上述热电转换层的元件。
[0094] 在本发明的热电转换元件中,热电转换层可以是1层,也可以是2层以上。优选为 2层以上。
[0095] 以下,关于本发明的热电转换元件的最佳方式的总体结构,利用示意地表示本发 明的热电转换元件的一例的剖视图即图1~图3进行说明。另外,后述图1~图3中的热 电转换层通过上述制造方法而形成。
[0096] 图1所示的热电转换元件10为依次具有第1基材11、第1电极12、热电转换层 14、第2电极13、及第2基材15的元件。
[0097] 在此,图1所示的热电转换元件10的方式为利用箭头所示的方向的温度差而得到 电动势(电压)。
[0098] 并且,图2所示的热电转换元件20为在第1基材21上的局部具有第1电极22及 第2电极23,且在第1基材21、第1电极22及第2电极23上依次具有热电转换层24和第 2基材25的元件。
[0099] 在此,图2所示的热电转换元件20的方式为利用箭头所示的方向的温度差而得到 电动势(电压)。
[0100] 在本发明中,如图3所示,模块300也可以为如下,该模块300使用彼此相邻的热 电转换元件30和共用的基材31,将一个热电转换元件30中的第2电极33和与其相邻的另 一个热电转换元件30的第1电极32电连接,从而使各热电转换元件30串联连接。另外, 热电转换层34配置于第1电极32与第2电极33之间。
[0101] <热电发电用物品>
[0102] 本发明的热电发电物品为使用本发明的热电转换元件的热电发电物品。
[0103] 在此,作为热电发电物品,具体而言,可以举出温泉热发电机、太阳热发电机、余热 发电机等发电机、手表用电源、半导体驱动电源、小型传感器用电源等。
[0104] S卩,上述本发明的热电转换元件能够优选使用于这些用途中。
[0105] 实施例
[0106] 以下,通过实施例对本发明进行进一步详细的说明,但是本发明并不限定于这些。
[0107] <实施例1 >
[0108] 准备由Zn4Sb3构成的溅射靶,并使用乳钵制作粗颗粒。然后,调液由该粗颗粒 (5g)、聚氧乙烯(lg)、异构烷烃C(20g)构成的溶液,并进行了珠磨机分散。其结果,得到粒 径400nm左右的Zn4Sb3粒子的分散物1。
[0109] 接着,在所得到的分散物1中添加碳0. 3g,并进行珠磨机分散而调制溶液1。
[0110] 在聚酰亚胺基板上贴附特氟龙制框,使溶液1流入该框内,在110°c下在加热板上 干燥1小时,形成前体层。接着,对所得到的前体层,使用闪光灯曝光(XenonC0.,LTD.制 光烧结装置Sinteron2000、照射能量:5J/cm2、脉冲宽度:2m秒)进行光烧成,得到了具有孔 隙的Zn4Sb3层(热电转换层、平均厚度:1. 1μπι)。
[0111] <实施例2>
[0112] 将在实施例1中制作的分散物1涂布于带特氟龙制框的聚酰亚胺基板上,制造出 第1前体层。
[0113] 在该第1前体层上涂布由碳(lg)、聚氧乙烯(〇.3g)、及异构烷烃C(lg)构成的分 散物,在第1前体层上制造出第2前体层(以下,也称作光热转换
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