热电元件和热电模块的制作方法

文档序号:9827308阅读:1904来源:国知局
热电元件和热电模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热电元件和热电模块。
【背景技术】
[0002] 存在利用汤姆逊效应、珀尔帖效应、塞贝克效应等热电效应对热能和电能进行转 换的热电模块。
[0003] 在这样的热电模块中,具有包含热电转换材料的热电转换层的2种热电元件被组 合而使用。例如,热电模块,通过将包含P型热电材料的多个P型热电元件、和包含η型热 电材料的多个η型热电元件利用电极串联地连接而使用。
[0004] 在用于热电模块的热电元件中,出于抑制元素从热电转换层扩散、缓和由热电转 换层的热膨胀所致的应力等目的,有时在热电转换层上设置钛单质、钛合金等以钛为主成 分的金属层。
[0005] 在专利文献1中公开了下述技术:在具备包含填充方钴矿型合金的热电转换层的 热电元件中,为了抑制热电元件与电极的接合部中的元素扩散,在热电转换层的两端面设 置包含钛或钛合金的金属层。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2003-309294号公报

【发明内容】

[0008] 然而,一般地,在热电模块中,电极通过银糊等金属糊与热电元件连接。在具备以 钛为主成分的金属层的热电元件中,在通过金属糊将电极与金属层连接了的情况下,有时 电极从热电元件剥离。
[0009] 本发明的目的是在具有热电转换层和以钛为主成分且层叠在热电转换层上的金 属层的热电元件中,抑制通过金属糊将电极接合了的情况下的电极的剥离。
[0010] 本发明的热电元件,具备:包含热电转换材料的热电转换层;包含以钛为主成分 的金属材料、且层叠在所述热电转换层上的金属层;包含氮化钛、且层叠在所述金属层上的 第1被覆层;包含钛单质、且层叠在所述第1被覆层上的第2被覆层;和包含铜、银、金中的 任一种以上、且层叠在所述第2被覆层上并向外部露出的第3被覆层。
[0011] 在此,其特征在于,所述第2被覆层比所述第1被覆层以及所述第3被覆层薄。
[0012] 另外,其特征在于,所述热电转换层包含含锑的填充方钴矿结构的合金。
[0013] 进而,其特征在于,所述热电转换层包含用REx (Fe1 yMy)4Sb12 (RE是选自稀土元素中 的至少一种;M是选自Co、Ni中的至少1种;0.0 K X < 1、0 < y < 0. 3)表示的填充方钴 矿结构的合金,所述金属层具有:包含钛单质和铁单质、且层叠在所述热电转换层上的第1 金属层;和包含钛单质、且层叠在该第1金属层上并被层叠所述第1被覆层的第2金属层。
[0014] 进而,其特征在于,所述热电转换层包含用REx(CC)1 yMy)4Sb12 (RE是选自稀土元素中 的至少一种;M是选自Fe、Ni中的至少1种;0.0 K X < 1、0 < y < 0. 3)表示的填充方钴 矿结构的合金,所述金属层具有:包含钛单质和铁单质、且层叠在所述热电转换层上的第I 金属层;和包含钛单质、且层叠在该第1金属层上并被层叠所述第1被覆层的第2金属层。
[0015] 另外,以另一观点掌握本发明,本发明的热电模块,具备热电元件和电极,所述热 电元件具有:包含热电转换材料的热电转换层;包含以钛为主成分的金属材料、且层叠在 该热电转换层上的金属层;包含氮化钛、且层叠在该金属层上的第1被覆层;包含钛单质、 且层叠在该第1被覆层上的第2被覆层;和包含铜、银、金中的任一种以上、且层叠在该第2 被覆层上的第3被覆层,所述电极通过金属糊与所述热电元件的所述第3被覆层接合。
[0016] 根据本发明,在具有热电转换层和以钛为主成分且层叠在热电转换层上的金属层 的热电元件中,能够抑制通过金属糊接合了电极的情况下的电极的剥离。
【附图说明】
[0017] 图1是表示应用本实施方式的热电模块的一例的示意图。
[0018] 图2(a)~(b)是表示应用本实施方式的p型热电元件的示意图。
[0019] 图3(a)~(b)是表示应用本实施方式的η型热电元件的示意图。
[0020] 图4是表示在ρ型热电元件上设置的被覆层的结构的图。
[0021] 附图标记说明
[0022] 1···热电模块,2···ρ型热电元件,3···η型热电元件,4···电极,21···ρ型热电转换层, 22···ρ侧第1金属层,23···ρ侧第2金属层,31···η型热电转换层,32···η侧第1金属层,33… η侧第2金属层,50···被覆层,51···第1被覆层,52···第2被覆层,53···第3被覆层。
【具体实施方式】
[0023] 以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0024] (热电模块)
[0025] 图1是表示应用本实施方式的热电模块1的一例的示意图。
[0026] 本实施方式的热电模块1,如图1所示,在上下相对的2枚绝缘性的基板7之间,配 置有多个ρ型热电元件2和多个η型热电元件3。而且,多个ρ型热电元件2和多个η型热 电元件3利用多个电极4来交替地串联连接,并且通过电极4而安装于各基板7。另外,串 联连接的多个P型热电元件2和多个η型热电元件3之中,位于一端的ρ型热电元件2和 位于另一端的η型热电元件3,经由电极4而连接有引线6。
[0027] 再者,各ρ型热电元件2和η型热电元件3的形状并不特别限定,但通常为棱柱状 或圆柱状。在图1所示的热电模块1中,各P型热电元件2和η型热电元件3具有棱柱状 的形状。另外,各P型热电元件2和η型热电元件3的侧面(不与电极4连接的面),可以 由包含例如氮化钛等的被覆层被覆。
[0028] 另外,虽然省略了图示,但在该热电模块1中,与一个基板7 (该例中为上侧的基板 7)相邻地配置有高温侧热交换器,与另一个基板7(该例中为下侧的基板7)相邻地配置有 低温侧热交换器。
[0029] 在本实施方式的热电模块1中,如箭头X所示,通过高温侧热交换器施加热,并且 通过低温侧热交换器夺取热,由此在各热电元件(Ρ型热电元件2、η型热电元件3)的高温 侧和低温侧产生大的温度差,产生电动势。而且,通过对2条引线6之间给予电阻负载,如 箭头Y所示流通电流。
[0030] 再者,在以下的说明中,有时将热电模块1中设置有高温侧热交换器的一侧简称 为高温侧,将设置有低温侧热交换器的一侧简称为低温侧。
[0031] (电极)
[0032] 本实施方式的电极4,由例如铜、铁等的高温下的机械强度高的金属构成。另外,作 为电极4,也可以使用例如对铁的表面进行了镀铜处理的电极。
[0033] (p型热电元件)
[0034] 接着,对应用本实施方式的p型热电元件2进行说明。图2(a)是表示应用本实施 方式的P型热电元件2的一例的示意图,图2(b)是表示应用本实施方式的p型热电元件2 的另一例的不意图。
[0035] 如图2(a)所示,本实施方式的p型热电元件2,具备:作为由于高温侧与低温侧的 温度差而产生电动势的热电转换层的一例的P型热电转换层21 ;层叠在p型热电转换层21 的相对的两个面上的p侧第1金属层22 ;和作为层叠在各p侧第1金属层22上的金属层 的一例的P侧第2金属层23。进而,本实施方式的p型热电元件2具有层叠在各p侧第2 金属层23上、被覆p侧第2金属层23的表面的被覆层50。
[0036] 而且,在本实施方式的p型热电元件2中,上述的电极4(参照图1)通过金属糊接 合在被覆层50上。关于被覆层50的结构、和电极4与被覆层50的接合等在后面进行详细 说明。
[0037] 再者,如图2(b)所示,p侧第1金属层22也可以仅设置于p型热电转换层21的 相对的两个面之中的任一个面上。该情况下,在未设置P侧第1金属层22的那侧的面上,p 侦樵2金属层23直接层叠在p型热电转换层21上。如图2 (b)所示的例子那样,p侧第1 金属层22仅设置在p型热电转换层21的一个面上的情况下,p型热电元件2,设置有p侧 第1金属层22的那侧作为高温侧、设置有p侧第1金属层22的那侧作为低温侧而配置。
[0038] (p型热电转换层)
[0039] 本实施方式的p型热电转换层21,可以采用包含例如用REx(Fe1 yMy)4Sb12(RE是选 自稀土元素中的至少一种;M是选自Co、Ni中的至少1种;0. 01 < X < 1、0 < y < 0. 3)表 示的含锑的填充方钴矿型的合金的半导体。
[0040] 在此,作为RE,优选使用La、Ce、Nd、Pr、Yb之中的至少1种。
[0041] 具体地说明,在构成本实施方式的p型热电转换层21的、含锑(Sb)的填充方钴矿 型的合金中,采取Sb配置于八面体的顶点位置、Fe和M被Sb包围的晶体结构(方钴矿结 构)。并且,成为RE进入到在采取方钴矿结构的Fe、M和Sb之间所形成的空隙中的结构。 并且,在本实施方式的P型热电转换层21中,通常利用采取方钴矿结构的Fe、M和Sb产生 热电转换作用。
[0042] 再者,在p型热电转换层21中可以包含原料中所含的不可避免的杂质。对于p型 热电转换层21的晶体结构,可以通过例如X射线衍射等来确认。
[0043] 作为p型热电转换层21使用上述的填充方钴矿结构的合金的情况下,X优选为 0. 01以上且1以下的范围,y优选为0以上且0. 3以下的范围。
[0044] 如果X低于0.01,则p型热电转换层21的热导率增加,p型热电转换层21的高温 侧与低温侧的温度差变小,因此有可能热电转换效率降低。另外,如果X超过1,则有可能未 进入到晶格中的稀土元素析出,P型热电转换层21的电特性降低。
[0045] 另外,如果y超过0. 3,则有可能p型热电转换层21的塞贝克系数降低。
[0046] (p侧第1金属层)
[0047] 本实施方式的p侧第1金属层22,由铁与钛的混合层构成,包含单质(纯金属)的 铁和单质(纯金属)的钛。具体地说明,P侧第1金属层22包含以块状存在铁单质的部分、 和以块状存在钛单质的部分,它们不均匀地混合存在。
[0048] 再者,在p侧第1金属层22中,例如铁单质与钛单质的边界部分等中可以包含铁 与钛的合金。另外,P侧第1金属层22也可以包含铁和钛以外的金属等杂质。
[0049] 本实施方式的p侧第1金属层22,例如通过将铁的粉末和钛的粉末烧结而形成。 再者,关于P侧第1金属层22的制作方法等在后面叙述。
[0050] 在本实施方式的p型热电元件2中,通过设置p侧第1金属层22,能够抑制锑从p 型热电转换层21扩散,并且缓和在p型热电转换层2
当前第1页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1