热电转换元件及热电转换元件的制造方法

文档序号:10518005阅读:650来源:国知局
热电转换元件及热电转换元件的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种具有由有机材料构成的热电转换层且能够有效地进行发热的热电转换元件、以及该热电转换元件的制造方法。本发明的热电转换元件具有:第1基板,在面方向上具有导热率比其他区域高的高导热部;热电转换层,形成于第1基板上,并由有机材料构成,且面方向的导电率比厚度方向高;及第2基板,形成于热电转换层上,在面方向上具有导热率比其他区域高的高导热部,且在面方向上,高导热部与第1基板的高导热部并不完全重合。
【专利说明】
热电转换元件及热电转换元件的制造方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种热电转换元件。具体而言,设及一种具有由有机材料构成的热电 转换层且可进行有效的发电的热电转换元件、W及该热电转换元件的制造方法。
【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、 巧耳帖元件之类的热电转换元件。
[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的优点。因此,通 过连接多个热电转换元件而构成的热电转换模块(发电装置)设置于例如般烧炉、工厂的各 种设备等排热的部位,从而无需花费运行成本便能够简单地获得电力。
[0004] 热电转换元件通常具有如下结构,即在板状的基板上具有电极,在电极上具有热 电转换层(发电层),在热电转换层上具有板状的电极(所谓的uni leg型热电转换元件)。
[0005] 目P,通常的热电转换元件用电极在厚度方向上夹持热电转换层,使溫度差在热电 转换层的厚度方向上产生,从而将热能转换为电能。
[0006] 与此相对,在专利文献1及2中记载有如下热电转换元件,其不是在热电转换层的 厚度方向上,而是在热电转换层的面方向上,利用具有高导热部的基板产生溫度差,从而将 热能转换为电能。
[0007] 具体而言,在专利文献1中记载有如下构成的热电转换元件,即在由P型材料及N型 材料形成的热电转换层的两面设置由导热率不同的巧巾材料构成的具有柔软性的薄膜基 板,导热率不同的材料位于基板的外面且通电方向的反向位置。
[000引在专利文献2中记载有一种元件,其具有:片状的第1绝缘部;片状的第2绝缘部;板 状的热电转换层,具有用于导出收容于两个绝缘部之间的热电动势的第1端部及第2端部; 第1高导热部,配置于热电转换层与第1绝缘部之间,覆盖第1端部的第1绝缘部一侧,且导热 率比第1绝缘部高;及第2高导热部,配置于板状部材与第2绝缘部之间,覆盖板状部材的第2 端部的第2绝缘部一侧,且导热率比第2绝缘部高。
[0009] 运种热电转换元件通过设置于基板上的高导热部在热电转换层的面方向上产生 溫度差,从而将热能转换为电能。因此,即使为较薄的热电转换层,也能够加长产生溫度差 的距离而有效地发电。另外,由于能够将热电转换层设为片状,因此晓性也优异,可获得也 容易设置于曲面等的热电转换模块。
[0010] 在专利文献1及专利文献2中记载的热电转换元件基本上将无机材料用作热电转 换层。与此相对,在专利文献3中记载有在相同的热电转换元件,在热电转换层中利用有机 材料的热电转换元件。
[0011] 具体而言,在专利文献3中记载有如下热电转换元件,其具备:溫度差形成层,在水 平方向上产生溫度差;热电转换层,形成于溫度差形成层上;及配线,连接热电转换层之间, 溫度差形成层由热电转换层一侧的主面的面积比另一主面小的高导热体和填充于该间隙 中的低导热体在水平方向上交替形成,另外,热电转换层形成为覆盖高导热体的至少一部 分,并延伸至相邻于高导热体的低导热体。
[0012] W往技术文献 [oou]专利文献
[0014] 专利文献1:日本专利第3981738号公报 [0015] 专利文献2:日本专利公开2011-35205号公报
[0016] 专利文献3:国际公开第2013/121486号

【发明内容】

[0017] 发明要解决的技术课题
[0018] 众所周知,与无机材料相比,有机材料的导热率较低。从而,在使用有机材料的热 电转换元件中,如专利文献3所示,可W考虑在热电转换层的面方向上产生溫度差,从而将 热能转换为电能,由此能够实现获得更高的发电效率的热电转换元件。
[0019] 而且,通过在热电转换元件的热电转换层中使用有机材料,可获得晓性更高的热 电转换元件。
[0020] 然而,根据本发明人等的研究,得知在通过基板的高导热部在热电转换层的面方 向上产生溫度差而将热能转换为电能的热电转换元件中利用由有机材料构成的热电转换 层的情况下,为了获得较高的热电转换效率,热电转换层的导电率比较重要。
[0021] 本发明的目的在于解决运种现有技术的问题点,提供一种热电转换元件,其通过 基板的高导热部在热电转换层的面方向上产生溫度差,从而将热能转换为电能,所述热电 转换元件具有由有机材料构成的热电转换层,且热电转换效率更高。
[0022] 用于解决技术课题的手段
[0023] 为了实现运种目的,本发明提供一种热电转换元件,其特征在于,具有:
[0024] 第1基板,在面方向的至少一部分具有导热率比其他区域高的高导热部;
[0025] 热电转换层,形成于第1基板上,并由有机材料构成,且面方向的导电率比厚度方 向局;
[0026] 第2基板,形成于热电转换层上,在面方向的至少一部分具有导热率比其他区域高 的高导热部,且在面方向上,自身的高导热部与第1基板的高导热部并不完全重合;及
[0027] -对电极,在面方向上W夹持热电转换层的方式连接于热电转换层。
[0028] 在运种本发明的热电转换元件中,优选热电转换层的面方向与厚度方向的导电率 之比为面方向:厚度方向>10:1。
[0029] 并且,优选热电转换层的面方向与厚度方向的导电率之比为面方向:厚度方向> 100:1。
[0030] 并且,优选热电转换层包含碳纳米管。
[0031] 并且,优选热电转换层通过将碳纳米管分散于树脂材料中而构成。
[0032] 并且,优选热电转换层含有碳纳米管和表面活性剂。
[0033] 并且,优选碳纳米管为单层碳纳米管,长度为lymW上。
[0034] 并且,优选热电转换层包含导电性高分子。
[0035] 并且,优选导电性高分子为聚(3,4-乙締二氧嚷吩)。
[0036] 并且,优选第1基板的高导热部和第2基板的高导热部在面方向上设置于电极的分 开方向的不同的位置。
[0037] 并且,优选第1基板的高导热部及第2基板的高导热部位于层叠方向上的外侧。
[0038] 并且,优选在第1基板与电极对之间具有密合层。
[0039] 并且,优选具有阻气层,其覆盖热电转换层及电极对。
[0040] 并且,优选热电转换层的面方向的端面为锥状。
[0041] 并且,优选电极对的各电极W从热电转换层的面方向的端面到达上表面的方式形 成。
[0042] 另外,优选电极对的形成材料为金,在电极对的至少一个电极与热电转换层之间 具有缓冲层。
[0043] 并且,本发明提供一种热电转换元件的制造方法,其特征在于,具有:
[0044] 通过高速旋转薄膜分散法对至少包含碳纳米管和分散介质的溶液进行处理,从而 制备出在分散介质中分散有碳纳米管的CNT涂布液的工序;
[0045] 在面方向的至少一部分具有导热率比其他区域高的高导热部的第1基板上,涂布 CNT涂布液并进行干燥,从而形成热电转换层的工序;
[0046] 将一对电极W在面方向上夹持的方式连接于热电转换层的工序;及
[0047] 在热电转换层上层叠第2基板的工序,所述第2基板在面方向的至少一部分具有导 热率比其他区域高的高导热部,且在面方向上,自身的高导热部与第1基板的高导热部并不 完全重合。
[0048] 在运种本发明的热电转换元件的制造方法中,优选包含于CNT涂布液中的分散介 质为树脂材料。
[0049] 并且,优选包含于CNT涂布液中的分散介质为水,且CNT涂布液含有表面活性剂。
[0050] 另外,在形成热电转换层的工序中,优选通过印刷对第1基板涂布CNT涂布液。
[0051] 发明效果
[0052] 根据本发明,在通过设置于基板上的高导热部在热电转换层的面方向上产生溫度 差而将热能转换为电能的热电转换元件中,由于具有由有机材料构成且具有导电率在面方 向上比厚度方向高的各向异性的热电转换层,因此使产生溫度差的方向和通电方向一致, 从而可获得发电效率更高的热电转换元件。
【附图说明】
[0053] 图1(A)是概念性地表示本发明的热电转换元件的一例的俯视图,图1(B)是概念性 地表示本发明的热电转换元件的一例的前视图,图1(C)概念性地表示本发明的热电转换元 件的一例的仰视图。
[0054] 图2(A)是概念性地表示本发明的热电转换元件的另一例的俯视图,图2(B)是概念 性地表示本发明的热电转换元件的另一例的前视图,图2(C)是概念性地表示本发明的热电 转换元件的另一例的仰视图。
[0055] 图3(A)及图3(B)是概念性地表示本发明的热电转换元件的热电转换层的另一例 的图。
[0056] 图4(A)~图4(D)是用于对使用本发明的热电转换元件的热电转换模块的一例进 行说明的示意图。
[0057] 图5是用于对由本发明的实施例制作的、基于现有的热电转换元件的热电转换模 块进行说明的示意图。
【具体实施方式】
[0058] W下,关于本发明的热电转换元件及热电转换元件的制造方法,根据附图所示的 最佳实施例进行详细说明。
[0059] 在图1(A)~图1(C)中概念性地表示本发明的热电转换元件的一例。另外,图1(A) 是俯视图(从纸面上方观察图1(B)的图),图1(B)是前视图(从后述基板等的面方向观察的 图),图1(C)是仰视图(从纸面下方观察图1(B)的图)。
[0060] 在图1(A)~图1(C)所示的热电转换元件10构成为基本上具有第1基板12、热电转 换层14、第2基板16、电极20及电极24。
[0061] 具体而言,在第1基板12上具有热电转换层14,在热电转换层14上具有第2基板16, 在第1基板12与第2基板16之间,在面方向上W夹持热电转换层14的方式,电极20及电极24 (电极对)连接于热电转换层14。
[0062] 如图1(A)~图1(C)所示,第1基板12具有低导热部12a及高导热部12b。同样,第2基 板16也具有低导热部16a及高导热部16b。在图示例中,两个基板配置成彼此的高导热部在 电极20及电极24的连接方向上位于不同的位置。电极20及电极24的连接方向即为通电方 向。
[0063] 另外,两个基板只有配置位置及表里或面方向的朝向不同,但是结构相同,因此除 了需要区别第1基板12和第2基板16的情况W外,W第1基板12为代表例进行说明。面方向为 基板表面的方向。
[0064] 在图示例的热电转换元件10中,第1基板12(第2基板16)具有如下结构,即在成为 低导热部12a(低导热部16a)的矩形板状物(片状物)的一面的一半区域形成凹部,在该凹部 中W表面成为均一的方式组装有高导热部12b(高导热部16b)。
[0065] 从而,在第1基板12的一面,面方向的一半区域为低导热部12a,剩下的一半区域为 高导热部12b。
[0066] 低导热部12a只要是玻璃板、陶瓷板、塑料薄膜等具有绝缘性且对热电转换层14、 电极20等的形成等具有充分的耐热性的低导热部,则可W利用由各种材料构成的物质。
[0067] 优选,在低导热部12a中利用塑料薄膜。通过在低导热部12a中利用塑料薄膜,可W 实现轻量化、成本的降低,并且可W形成具有晓性的热电转换元件10,因此优选。
[0068] 作为可利用于低导热部12a的塑料薄膜,具体而言,可例示出由聚对苯二甲酸乙二 醋、聚间苯二甲酸乙二醇醋、聚糞二甲酸乙二醇醋、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)、Ξ醋酸纤维素(TAC)等树脂、玻璃环氧树脂、液晶性聚 醋等构成的薄膜(片状物/板状物)。
[0069] 其中,从导热率、耐热性、耐溶剂性、易获性和经济性等方面考虑,优选利用由聚酷 亚胺、聚对苯二甲酸乙二醋、聚糞二甲酸乙二醇醋等构成的薄膜。
[0070] 高导热部12b只要导热率比低导热部12a高,则可例示出由各种材料构成的薄膜 (片状物/板状物)。
[0071] 具体而言,在导热率等方面考虑,可例示出金、银、铜、侣等各种金属。其中,从导热 率、经济性等方面考虑,优选利用铜及侣。
[0072] 在本发明中,第1基板12(不存在高导热部12b的区域的低导热部12a)的厚度、低导 热部12a的厚度等,根据高导热部12b及低导热部12a的形成材料、热电转换元件10的大小等 适当地设定即可。
[0073] 第1基板12的面方向(从与基板表面正交的方向观察时)的大小、基板12中的高导 热部12b在面方向的面积比率等,也根据低导热部12a及高导热部12b的形成材料、热电转换 元件10的大小等适当地设定即可。
[0074] 第1基板12中的高导热部12b在面方向的位置也不限定于图示例,可利用各种位 置。
[0075] 例如在第1基板12中,高导热部12b在面方向上可W内含于低导热部12a中,也可W 在面方向上使一部分位于端部,除此W外的区域被内含(在面方向上,外周的一部份与低导 热部12a接触)。另外,第1基板12在面方向也可W具有多个高导热部12b。
[0076] 另外,在图1所示的热电转换元件10中,作为在第1基板12与第2基板16之间容易产 生溫度差的优选方式,第1基板12及第2基板16均使高导热部12b及高导热部16b位于层叠方 向的外侧。
[0077] 然而,除此W外,本发明还可W具有如下结构,即第1基板12及第2基板16均使高导 热部12b及高导热部16b位于层叠方向的内侦U。或者,也可W是如下结构,即第1基板12使高 导热部12b位于层叠方向的外侧,第2基板16使高导热部16b位于层叠方向的内侧。
[0078] 另外,在高导热部由金属等具有导电性的材料形成,且配置于层叠方向的内侧的 情况下,为了能够确保与热电转换层14、电极20及电极24之间的绝缘性,需要在其间形成绝 缘层等。
[0079] 在热电转换元件10中,在第1基板12上具有热电转换层(发热层)14。在热电转换层 14上具有第2基板16。另外,如上所述,两个基板在层叠方向上使高导热部位于外侧。从而, 热电转换层14形成于第1基板12的高导热部12b的非露出面上,第2基板16W高导热部16b的 非露出面面朝向热电转换层14而层叠。
[0080] 在图示例中,热电转换层设置成面方向的中屯、与两个基板的低导热部与高导热部 的边界一致。
[0081] 在热电转换层14上,在面方向上W夹持的方式连接有由电极20及电极24构成的电 极对。
[0082] 热电转换元件例如通过基于与热源的接触等的加热而产生溫度差,由此根据该溫 度差,在热电转换层14的内部,在该方向的载流子密度上产生差异,并产生电力。在图示例 中,例如在第1基板12侧设置热源,通过在第1基板12(尤其高导热部12b)与第2基板16(尤其 高导热部16b)之间产生溫度差,从而发电。并且,通过将配线连接于电极20及电极24,可W 导出通过加热等而产生的电力(电能)。
[0083] 在本发明的热电转换元件10中,热电转换层14基本上由有机材料构成,并且,只要 是具有后述的面方向高且厚度方向低的导电率的各向异性的热电转换层,则可W利用所有 使用公知的热电转换材料的各种结构。
[0084] 作为热电转换材料,具体而言,能够使用导电性高分子、导电性纳米碳材料等有机 材料。
[0085] 作为导电性高分子,可例示出具有共辆系分子结构的高分子化合物(共辆系高分 子)。具有共辆系分子结构的高分子是指在高分子的主链上的碳-碳键中单键和双键交替相 连的结构的高分子。
[0086] 在本发明中使用的导电性高分子无需一定是高分子量化合物,也可W是低聚化合 物。
[0087] 作为共辆系高分子,具体而言,可例示出嚷吩类化合物、化咯类化合物、苯胺类化 合物、乙烘类化合物、对亚苯类化合物、对苯撑乙締类化合物、对苯撑乙烘类化合物、对亚巧 基亚乙締类化合物、多并苯类化合物、聚菲类化合物、金属献菁类化合物、对二甲苯类化合 物、乙締基硫酸类化合物、间亚苯类化合物、糞乙締类化合物、对苯酸类化合物、苯硫酸类化 合物、巧喃类化合物、砸酪类化合物、偶氮类化合物、金属络合物类化合物等。并且,也可W 利用将对运些化合物导入取代基的衍生物等作为单体,并由该单体衍生的具有重复单元的 共辆系高分子。运些可W单独使用,也可W组合巧巾W上使用。
[0088] 其中,可W优选使用嚷吩类化合物,尤其,可优选例示出聚(3,4-乙締二氧嚷吩) (poly(3,4-ethylenedio巧thio地ene)(P邸0T))。
[0089] 作为导电性纳米碳材料,具体而言,可例示出碳纳米管下也称作CNT)、碳纳米 纤维、石墨、石墨締、碳纳米粒子等。运些物质可W单独使用,也可W组合巧巾W上使用。
[0090] 其中,由热电特性会更优异的理由,优选利用CNT。
[0091] CNT中有1张碳膜(石墨片)呈圆筒状卷绕的单层CNT、2个石墨片呈同屯、圆状卷绕的 双层CNT、及多个石墨片呈同屯、圆状卷绕的多层CNT。在本发明中,可将单层CNT、双层CNT、多 层CNT分别单独使用,也可W并用巧巾W上。尤其,优选使用在导电性及半导体特性上具有优 异的性质的单层CNT及双层CNT,更优选使用单层CNT。
[0092] 单层CNT为半导体性CNT,可W是金属性CNT,也可W并用两者。在使用半导体性CNT 和金属性CNT两者的情况下,组合物中两者的含有比率能够根据组合物的用途而适当地进 行调整。并且,可W在CNT中内含有金属等,也可W使用内含有富勒締等分子的CNT。
[0093] 在本发明中使用的CNT的平均长度并无特别限定,能够根据组合物的用途适当地 选择。具体而言,虽然也取决于电极间距离,但是从制造容易性、成膜性、导电性等观点考 虑,优选CNT的平均长度为0.01~2000皿,更优选0.1~1000皿,尤其优选1~1000皿。
[0094] 在本发明中使用的CNT的直径并无特别限定,然而从耐久性、透明性、成膜性、导电 性等观点考虑,优选为0.4~lOOnm,更优选为50nmW下,尤其优选为15nmW下。
[009引尤其,在使用单层CNT的情况下,优选为0.5~2.2皿,更优选为1.0~2.2皿,尤其优 选为1.5~2.0nm。
[0096] 在包含于所得到的导电性组合物中的CNT中有可能含有存在缺陷的CNT。CNT的缺 陷会降低组合物的导电性,因此优选将其减少。组合物中的CNT的缺陷的量能够用拉曼光谱 的G-带和D-带的比率G/D来估计。能够推定G/D比越高则越是缺陷的量少的CNT材料。在本发 明中,优选组合物的G/D比为10 W上,更优选为30 W上。
[0097] 在本发明中,也可W利用对CNT进行了修饰或处理的CNT。作为修饰或处理方法,可 例示出内含二茂铁衍生物、氮取代富勒締(氮杂富勒締)的方法、通过离子渗杂法将碱金属 (钟等)、金属元素(铜等)渗杂于CNT中的方法、在真空中加热CNT的方法等。
[0098] 在利用CNT的情况下,除了单层CNT、多层CNTW外,还可W包含碳纳米角、碳纳米线 圈、碳纳米珠、石墨、石墨締、非晶质碳等纳米碳。
[0099] 在将CNT利用于热电转换层14的情况下,优选包含渗杂剂。
[0100] 也可W利用公知的各种渗杂剂。具体而言,优选例示出碱金属、阱衍生物、金属氨 化物(棚氨化钢、四下基棚氨化锭、氨化裡侣等)、聚乙締亚胺、面素(舰,漠等)、路易斯酸 (PF5、AsFs等)、质子酸(盐酸、硫酸等)、过渡金属面化物(FeCl3、Sn(n4等)、有机的受电子性 物质(四氯基对苯二酿二甲烧(TCNQ)衍生物、2,3-二氯-5,6-二氯基对苯酿(孤Q)衍生物等) 等。运些可W单独使用,也可W组合巧巾W上使用。
[0101] 其中,从材料的稳定性、与CNT的相溶性等方面考虑,可优选例示出聚乙締亚胺、 TCNQ衍生物和DDQ衍生物等有机的受电子性物质。
[0102] 在本发明的热电转换元件10中,优选利用在树脂材料(粘合剂)中分散有如所述热 电转换材料而构成的热电转换层14。
[0103] 其中,更优选例示出在树脂材料中分散有导电性纳米碳材料而构成的热电转换层 14。其中,从可获得高导电性等方面考虑,尤其优选例示出在树脂材料中分散有CNT而构成 的热电转换层14。
[0104] 树脂材料可W利用公知的各种非导电性树脂材料(聚合物)。
[0105] 具体而言,可W利用乙締基化合物、(甲基)丙締酸醋化合物、碳酸醋化合物、醋化 合物、环氧化合物、硅氧烷化合物、明胶等公知的各种树脂材料。
[0106] 更具体而言,作为乙締基化合物,可W例示聚苯乙締、聚乙締基糞、聚乙酸乙締醋、 聚乙締酪、聚乙締醇下缩醒等。作为(甲基)丙締酸醋化合物,可例示出聚(甲基)丙締酸甲 醋、聚(甲基)丙締酸乙醋、聚苯氧基(聚)乙二醇(甲基)丙締酸醋、聚(甲基)丙締酸节醋等。 作为碳酸醋化合物,可例示出双酪Z型聚碳酸醋、双酪C型聚碳酸醋等。作为醋化合物,可例 示出非晶性聚醋。
[0107] 优选例示出聚苯乙締、聚乙締醇下缩醒、(甲基)丙締酸醋化合物、碳酸醋化合物、 醋化合物,更优选例示出聚乙締醇下缩醒、聚苯氧基(聚)乙二醇(甲基)丙締酸醋、聚(甲基) 丙締酸节醋、非晶性聚醋。
[0108] 在树脂材料中分散有热电转换材料而构成的热电转换层14中,热电转换层14中的 树脂材料与热电转换材料的量比,根据所使用的材料或所要求的热电转换效率、影响印刷 的溶液的粘度或固体成分浓度等而适当地设定即可。
[0109] 在本发明的热电转换元件10中,作为热电转换层14的另一结构,优选利用主要由 CNT和表面活性剂构成的热电转换层。
[0110] 通过由CNT和表面活性剂来构成热电转换层14,能够使用添加表面活性剂的涂布 组合物来形成热电转换层14。因此,能够由合理地分散有CNT的涂布组合物来形成热电转换 层14。其结果,通过包含较多的较长且缺陷较少的CNT的热电转换层14,可获得优异的热电 转换性能。
[0111] 表面活性剂只要具有使CNT分散的功能,则能够使用公知的表面活性剂。具体而 言,表面活性剂若溶解于水、极性溶剂、水和极性溶剂的混合物,并具有吸附CNT的基,则可 W利用各种表面活性剂。
[0112] 从而,表面活性剂可W是离子性的,也可W是非离子性的。离子性的表面活性剂可 w是阳离子性、阴离子性及两性中的任一种。
[0113] 作为一例,作为阴离子性表面活性剂,可例示出十二烷基苯横酸等烷基苯横酸盐、 十二烷基苯基酸横酸盐等芳香族横酸类表面活性剂、单体皂类阴离子性表面活性剂、酸硫 酸盐类表面活性剂、憐酸盐类表面活性剂及脱氧胆酸钢、胆酸钢等簇酸类表面活性剂、簇甲 基纤维素及其盐(钢盐、锭盐等)、聚苯乙締横酸锭盐、聚苯乙締横酸钢盐等水溶性聚合物 等。
[0114] 作为阳离子性表面活性剂,可例示出烷基胺盐、季锭盐等。作为两性表面活性剂, 可例示出烷基甜菜碱类表面活性剂、氧化胺类表面活性剂等。
[0115] 作为非离子性表面活性剂,可例示出脱水山梨醇脂肪酸醋等糖醋类表面活性剂、 聚氧乙締树脂酸醋等脂肪酸醋类表面活性剂、聚氧乙締烷基酸等酸类表面活性剂等。
[0116] 其中,优选利用离子性表面活性剂,其中,可优选利用胆酸盐、脱氧胆酸盐。
[0117] 在主要由CNT和表面活性剂构成的热电转换层14中,优选表面活性剂/CNT的质量 比为5W下,更优选为2W下。
[0118] 通过将表面活性剂/CNT的质量比设为5W下,在可获得更高的热电转换性能等方 面来看是优选的。
[0119] 主要由CNT和表面活性剂构成的热电转换层14根据需要也可W具有消泡剂、防干 燥剂、杀菌剂等。
[0120] 另外,在热电转换层14含有CNT及表面活性剂W外的物质的情况下,优选其含有量 为20质量% ^下,更优选为5质量% W下。
[0121] 在本发明的热电转换元件10中,热电转换层14的厚度、面方向的大小、相对于基板 的面方向的面积比率等,根据热电转换层14的形成材料、热电转换元件10的大小等适当地 设定即可。
[0122] 在运种热电转换层14上,在面方向上W夹持的方式连接有电极20及电极24。在热 电转换元件10中,电极20及电极24抵接于热电转换层14的端面并连接于热电转换层14。
[0123] 电极20及电极24只要具有必要的导电性,则可W由各种材料形成。
[0124] 具体而言,可例示出铜、银、金、销金、儀、铭、铜合金等金属材料、氧化铜锡(IT0)和 氧化锋(ZnO)等各种设备中作为透明电极而利用的材料等。其中,优选例示出铜、金、销金、 儀、铜合金等,更优选例示出金、销金、儀。
[0125] 电极20及电极24的厚度、大小等也根据热电转换层14的厚度、热电转换元件10的 大小等而适当地设定即可。
[0126] 在电极20及电极24为金的情况下,优选在电极20及电极24与热电转换层14之间, 具有由供电子性材料、受电子性材料构成的缓冲层。缓冲层可W仅对应于电极20及电极24 中的任一方进行设置,但优选对应于两个电极进行设置。
[0127] 通过具有运种缓冲层,在电极界面的电阻变小,且可获得优异的热电转换性能等 方面考虑是优选的。
[0128] 作为缓冲层,可利用各种供电子性有机材料。
[0129] 具体而言,作为低分子材料可例示出N,N'-双(3-甲基苯基)-(1,Γ-联苯基)-4, 4'-二胺(TPD)、4,4'-二[Ν-(糞基)-Ν-苯基-氨基]联苯(a-NPD)等芳香族二胺化合物、恶挫、 恶二挫、立挫、咪挫、咪挫嘟酬、巧衍生物、化挫嘟衍生物、四氨咪挫、聚芳基烧、下二締、4, 4',rS(N-(3-甲基苯基)N-苯基氨基)Ξ苯基胺(m-MTDATA)、化嘟、四苯基化嘟铜、献菁、铜 献菁、氧铁献菁等化嘟化合物、Ξ挫衍生物、恶二挫衍生物、咪挫衍生物、聚芳基烧衍生物、 化挫嘟衍生物、化挫嘟酬衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物、氨基取代查耳酬衍生物、恶挫 衍生物、苯乙締基蔥衍生物、巧酬衍生物、腺衍生物、娃氮烧衍生物等。
[0130] 并且,作为高分子材料可例示苯撑乙締、巧、巧挫、吗隙、巧、邮咯,甲基化晚,嚷吩、 乙烘、二乙烘等聚合物及其衍生物。
[0131] 另外,作为缓冲层,即使不是供电子性化合物,但若为具有充分的空穴输送性的化 合物则可W使用。
[0132] 具体而言,可例示出记载于日本专利公开2008-72090号公报的[0083]~[0089]、 日本专利公开2011-176259号公报的[0043]~[0063]、日本专利公开2011-228614号公报的
[0121]~[0148]、日本专利公开2011-228615号公报的[0108]~[0156]中的化合物等。
[0133] 并且,作为缓冲层,也可W利用各种供电子性无机材料。
[0134] 作为供电子性的无机材料,可例示氧化巧、氧化铭、氧化铭铜、氧化儘、氧化钻、氧 化儀、氧化铜、氧化嫁铜、氧化锁铜、氧化妮、氧化钢、氧化铜铜、氧化铜银、氧化银等。
[0135] 在缓冲层中也可W使用受电子性有机材料。
[0136] 作为受电子性材料,可例示出1,3-双(4-叔下基苯基-1,3,4-恶二挫基)苯二胺 (0XD-7)等恶二挫衍生物、四氯基对苯二酿二甲烧(TCNQ)衍生物、蔥酿二甲烧衍生物、二苯 基苯酿衍生物、浴铜灵、菲咯嘟及其它们的衍生物、Ξ挫化合物、立(8-径基哇嘟)侣络合物、 双(4-甲基-8-哇嘟)侣络合物、联苯乙締衍生物、嚷咯化合物等。
[0137] 并且,即使不是受电子性有机材料,但若为具有充分的电子输送性的材料则可W 使用。能够使用化嘟类化合物、DCM(4-(二氯亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙締基)- 4H-化喃)等苯乙締类化合物、4刚比喃类化合物。具体而言,可例示出记载于日本专利公开 2008-72090号公报的[0073]~[0078]中的化合物等。
[0138] 缓冲层的厚度(热电转换层与电极之间的厚度)根据缓冲层的形成材料适当地设 定为可获得充分的效果的厚度即可。具体而言,缓冲层的厚度优选为0.05~l(K)nm,更优选 为0.5~lOnm。
[0139] 在本发明的热电转换元件10中,热电转换层14在面方向和厚度方向上导电率具有 各向异性,与厚度方向相比,面方向的导电率高。
[0140] 并且,在本发明的热电转换元件10中,第1基板12的高导热部12b和第2基板16的高 导热部16b在面方向上并不完全重合(从与基板表面正交的方向观察时,并不完全重合)。
[0141] 如上所述,第1基板12及第2基板16均具有一面的一半为低导热部,而剩下的一半 为高导热部的结构。在图示例中,在面方向上,W在基于电极20和电极24的通电方向(两个 电极的分开方向)上面对且端部抵接的方式,第1基板12的高导热部12b和第2基板16的高导 热部16b被定位。
[0142] 本发明的热电转换元件10通过具有运种结构而能够高效地进行基于热电转换的 发电。
[0143] 众所周知,热电转换元件通过基于与热源的接触等的加热而产生溫度差,根据该 溫度差,在热电转换层的内部,在溫度差方向的载流子密度上产生差异,并产生电力。在图 示例中,例如在第1基板12-侧设置热源,从而通过产生溫度差而发电。
[0144] 在本发明的热电转换元件10中,第1基板12具有高导热部12b,第2基板16具有高导 热部16b,且高导热部12b和高导热部16b并不重合,而在面方向上位于不同的位置。从而,例 如,若在第1基板12-侧设置热源,则如图1中用箭头X概念性地表示,在高导热部12b与高导 热部16b之间,在热电转换层14的面方向上会产生溫度差(热量在热电转换层14的面方向上 流动)。
[0145] 在本发明的热电转换元件10中,由于热电转换层14由导热率较低的有机材料形 成,因此可W通过面方向(面内)上较长距离的溫度差而有效地发电。
[0146] 在此,根据本发明人的研究,在热电转换层14的面方向上产生溫度差的热电转换 元件10中,为了基于更高效的热电转换进行发电,热电转换层14的导电率特性比较重要。
[0147] 目P,在热电转换层14的面方向上产生溫度差的热电转换元件10中,通过将面方向 的热电转换层14的导电率设为比厚度方向更大,能够使在热电转换层14中产生溫度差方向 和导电率较高的方向即所产生的电的通电方向一致,从而能够提高发电效率。
[0148] 因此,根据本发明的热电转换元件10,通过由有机材料构成的导热率较低的热电 转换层14、面方向的较长距离的溫度差、及热电转换层14中的溫度差方向与通电方向一致 的协同效果,可W基于非常高效的热电转换而进行发电。
[0149] 在本发明的热电转换元件10中,优选热电转换层14的导电率的各向异性即热电转 换层14的面方向的导电率(〇/7[S/cm])与厚度方向的导电率(〇l[S/cm])之差较大。
[0150] 具体而言,导电率之比优选面方向:厚度方向(〇//:〇丄)>10:1,进一步,更优选面 方向:厚度方向>100:1,尤其优选面方向:厚度方向>1000:1。
[0151] 通过将热电转换层14的导电率的各向异性设为上述范围,可更适当地获得通过使 所述溫度差方向与通电方向一致而得到的发电效率的提升效果。
[0152] 在图示例的热电转换元件10中,W在基于电极20和电极24的通电方向上面对并抵 接的方式,第1基板12的高导热部12b和第2基板16的高导热部16b在电极20和电极24(电极 对)的分开方向上位于面方向上的不同位置上。
[0153] 除此W外,在本发明的热电转换元件中,若第1基板的高导热部和第2基板的高导 热部在面方向上并不完全重合(从与基板表面正交的方向观察时,若并不完全重合),则可 W利用各种结构。
[0154] 例如,在图1所示的例子中,也可W使第1基板12的高导热部12b向图中右侧移动, 并使第2基板16的高导热部16b向图中左侧移动,从而在面方向上,使两个高导热部在电极 20和电极24的分开方向上分开。具体而言,优选第1基板12的高导热部12b和第2基板16的高 导热部16b在面方向上相对于电极20和电极24的分开方向上的热电转换层14的大小,在电 极20和电极24的分开方向上分开10~90%,更优选分开10~50%。
[0155] 或者,在高导热部分开的结构中,也可W在高导热部12b和/或高导热部16b上设置 面对另一方的凸部,在面方向中,使两个基板的高导热部的一部分重合。
[0156] 相反,在图1所示的例子中,也可W使第1基板12的高导热部12b向图中左侧移动, 并使第2基板16的高导热部16b向图中右侧移动,从而使两个基板的高导热部在面方向上重 厶 1=1 〇
[0157] 并且,在本发明中,除此W外,若第1基板的高导热部和第2基板的高导热部在面方 向上并不完全重合,则可W利用各种结构。
[0158] 例如,也可W在第1基板上形成圆形的高导热部,在第2基板上形成直径和一边长 度与所述圆形一致的正方形高导热部,并W两个高导热部的中屯、在面方向一致的方式配置 两个基板。在该结构中,虽然距离较短,但是两个高导热部的端部(周边)的位置在面方向上 不同,因此在热电转换层上产生面方向的溫度差,与在厚度方向上产生溫度差的热电转换 元件相比,可W有效地发电。
[0159] 在图2(A)~图2(C)中概念性地表示本发明的热电转换元件的另一例。
[0160] 另外,与所述图1(A)~图1(C)相同,图2(A)是俯视图,图1(B)是前视图,图1(C)是 仰视图。
[0161] 图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件30构成为基本上具有第1基板32、密合层34、 热电转换层36、阻气层38、粘结层40、第2基板42、电极46及电极48。
[0162] 具体而言,在第1基板32上具有密合层34,在密合层34上具有热电转换层36、电极 46及电极48, W覆盖热电转换层36、电极46及电极48的方式具有阻气层38,在阻气层38上具 有粘结层40,在粘结层40上具有第2基板42。电极46及电极48(电极对)与前面的例子相同, 在面方向上,W夹持热电转换层36的方式被设置。
[0163] 该热电转换元件30具有密合层34、阻气层38及粘结层40,另外,除了基板、电极的 形状不同W外,基本上与所述热电转换元件10相同。
[0164] 与热电转换元件10相同,第1基板32具有低导热部32a及高导热部32b。并且,第2基 板42也具有低导热部42a及高导热部42b。由于第1基板32及第2基板42除了配置位置、朝向 等不同W外均具有相同的结构,因此W第1基板32作为代表例进行W下说明。
[0165] 所述第1基板12具有如下结构,即,在矩形板状的低导热部12a的一部分形成凹部, 并在该凹部中组装有高导热部12b。
[0166] 与此相对,热电转换元件30的第1基板32(第2基板42)具有如下结构,即,W覆盖矩 形板状(片状)的低导热部32a的半面的方式,将高导热部32b层叠于低导热部32a的表面。除 了该形状不同W外,第1基板32基本上与所述第1基板12相同。
[0167] 在第1基板32的未形成有高导热部32b的一侧的表面形成有密合层34。
[0168] 设置密合层34主要是为了获得与第1基板32、电极46及电极48之间的密合性。
[0169] 密合层34只要根据第1基板32(低导热部32a)、电极46及电极48的形成材料能够确 保两个电极与第1基板32的密合性,则可W利用各种密合层。
[0170] 作为一例,在电极46及电极48为金、银、铜等的情况下,作为密合层34可例示出由 氧化娃(Si〇2)、氧化侣(A12化)、氧化铁(Ti〇2)、铭、铁等构成的层。
[0171] 在由氧化娃等形成密合层34的情况下,也能够获得从通过第1基板32的的水分中 保护热电转换层36的阻气层的作用。
[0172] 密合层34的厚度根据密合层34的形成材料等适当地设定为可获得目标电极46及 电极48的密合力的厚度即可。
[0173] 具体而言,优选为10~lOOOnm,更优选为50~200nm。
[0174] 通过将密合层34的厚度设为10皿W上,尤其设为50皿W上,在可获得电极46及电 极48与第1基板32的良好的密合性等方面考虑是优选的。
[0175] 通过将密合层34的厚度设为1000皿W下,尤其设为200皿W下,在实现热电转换元 件30(热电转换模块)的薄膜化、获得晓性良好的热电转换元件30、对热电转换层36的热流 增加、能够提高热电转换元件30的热电转换性能等方面考虑是优选的。
[0176] 在密合层34上形成有热电转换层36、电极46及电极48。
[0177] 热电转换层36与所述热电转换层14相同。电极46及电极48除了形状不同W外,基 本上与所述电极20及电极24相同。
[0178] 电极46及电极48在面方向上W夹持热电转换层36的方式被设置。
[0179] 在此,在热电转换元件30中,电极46及电极48形成为不仅抵接于热电转换层36的 面方向的端面,而且从端面连续而到达热电转换层36的上表面,并覆盖上表面的端部附近。 良P,电极46及电极48形成为从密合层34的表面上升,并从热电转换层36的端面到达热电转 换层36的上表面,连续到覆盖热电转换层36的上表面的端部附近为止。
[0180] 在本发明的热电转换元件30中,热电转换层36在面方向的导电率比厚度方向的导 电率高。因此,在热电转换层36中,来自端面的电流不易进入且不易导出。
[0181] 与此相对,如图2(B)所示,将电极46及电极48形成为从热电转换层36的端面到达 热电转换层36的上表面的端部附近,由此覆盖热电转换层36的端面的厚度方向的整个区 域,从而使电流容易进入到端面且容易从端面导出,因此能够提高热电转换性能。并且,由 于热电转换层36与电极46及电极48之间的接触面积也增加,因此界面上的电阻减小,从运 一点上,也能够提高热电转换性能。另外,若不存在由电极彼此产生的短路,则也可覆 盖热电转换层36的上表面的方式形成电极。
[0182] 热电转换元件30W覆盖热电转换层36、电极46及电极48的方式具有阻气层38。
[0183] 由于具有该阻气层38,因此能够防止热电转换层36、电极46及电极48因通过第2基 板42的水分等而劣化。并且,由于具有该阻气层38,因此能够从上方按压热电转换层36、电 极46及电极48而实现可靠的密合,并且在弯曲热电转换元件30(热电转换模块)时也能够防 止热电转换层36、电极46及电极48受到损伤。
[0184] 阻气层38可W由显现阻气性的各种材料形成。
[0185] 作为一例,可优选例示出氧化侣、氧化儀、氧化粗、氧化错、氧化铁、氧化铜锡(IT0) 等金属氧化物;氮化侣等金属氮化物;碳化侣等金属碳化物;氧化娃、氧氮化娃、氧碳化娃、 氧氮碳化娃等娃氧化物;氮化娃、氮碳化娃等娃碳化物;碳化娃等娃碳化物;它们的氨化物; 运些巧巾W上的混合物;及运些含氨化合物等由无机化合物构成的膜。
[0186] 尤其,从氧化娃、氮化娃、氧氮化娃、氧化侣能够显现优异的阻气性运一点考虑可 优选利用。
[0187] 阻气层38的厚度根据阻气层38的形成材料等适当地设定可获得目标阻气性能的 厚度即可。
[0188] 具体而言,优选为10~lOOOnm,更优选为50~200nm。
[0189] 通过将阻气层38的厚度设为lOnmW上,尤其设为50nmW上,从可获得良好的阻气 性等方面考虑是优选的。
[0190] 通过将阻气层38的厚度设为lOOOnmW下,尤其设为200nmW下,在实现热电转换元 件30(热电转换模块)的薄膜化、可获得晓性良好的热电转换元件30等方面考虑是优选的。
[0191] 在阻气层38上形成有粘结层40。设置粘结层40是为了 W充分的密合力来粘贴第2 基板42。
[0192] 粘结层18的形成材料根据阻气层38(在不存在阻气层38的情况下,电极及热电转 换层36)及第2基板42(低导热部20a)的形成材料,可W利用各种可粘贴两者的材料。
[0193] 具体而言,可例示出丙締酸树脂、氨醋树脂、娃酬树脂、环氧树脂、橡胶、EVA、a-締 控聚乙締醇、聚乙締醇下缩醒、聚乙締化咯烧酬、明胶、淀粉等。并且,粘结层40也可W利用 市售的双面胶带、粘结薄膜形成。
[0194] 粘结层40的厚度根据粘结层40的形成材料、由热电转换层36引起的阶梯差的大小 等适当地设定能够W充分的密合力来粘贴阻气层38及第2基板42的厚度即可。
[01巧]具体而言,优选为5~100皿,更优选为5~50皿。
[0196] 通过将粘结层40的厚度设为扣mW上,在能够充分地填埋由热电转换层36引起的 阶梯差、可获得良好的密合性等方面考虑是优选的。
[0197] 并且,通过将粘结层40的厚度设为lOOymW下,尤其设为50ymW下,在实现热电转 换元件30(热电转换模块)的薄膜化、可获得晓性良好的热电转换元件30、能够减小粘结层 40的热阻、可获得更良好的热电转换性能等方面考虑是优选的。
[0198] 另外,根据需要,为了提高密合性,也可W在阻气层38与粘结层40的界面、及粘结 层40与第2基板42的界面中1个W上的界面中,在形成界面的表面的至少1面,实施等离子体 处理、UV臭氧处理、电子束照射处理等公知的表面处理,从而进行表面的改性和净化。
[0199] 在粘结层40上,整面朝向作为低导热部20a的面并粘贴第2基板42,从而构成热电 转换元件30。
[0200] 在图1(A)~图1(C)及图2(A)~图2(C)所示的例子中,热电转换层14及热电转换层 14为矩形板状物(长方体状)。然而,在本发明的热电转换元件中,热电转换层可W利用各种 形状。
[0201] 例如,如在图3(A)中W热电转换元件10为例概念性地表示,也可W为四棱锥台状 热电转换层14a。或者热电转换层也可W是圆柱状、四角W外的棱柱状、圆锥台、棱锥台、不 规则形状等。
[0202] 在本发明的热电转换元件中,优选热电转换层为如图3(A)所示的热电转换层14a 所示的四棱锥台状、圆锥台状之类的面方向的端面为锥状。即,优选热电转换层的面方向的 端面朝向热电转换层的中屯、倾斜。
[0203] 如上所述,本发明的热电转换元件10的热电转换层在面方向的导电率比厚度方向 的导电率高。因此,在热电转换层中,来自端面的电流不易进入且不易导出。
[0204] 与此相对,如图3(A)所示的热电转换层14a,通过将面方向的端面设为锥状,能够 将热电转换层14a与电极20及24之间的接触面积增大。其结果,减小界面上的电阻,W使电 流容易进入到端面且容易从高端面导出,从而能够提高热电转换性能。
[0205] 另外,即使是运种面方向的端面为锥状的热电转换层14a也与图2(B)所示的例子 相同,优选电极具有覆盖热电转换层14a的上表面的一部分的结构。
[0206] 在图4(A)~图4(D)中示出将图1(A)~图1(C)所示的多个热电转换元件10串联连 接而成的热电转换模块(发电装置)的一例。另外,图4(A)~图4(C)为俯视图,图4(D)为前视 图。
[0207] 另外,由图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件30同样也能够制作热电转换模块。
[0208] 在本实施例中,第1基板12A及第2基板16A具有如下结构,即,在矩形板状的低导热 材料中形成在长边方向上延伸的槽,该槽在与延伸方向正交的方向上形成为与槽的宽度为 等间隔,并且在该槽中组装有高导热材料。即,两个基板具有如下结构,在一面,向单方向延 伸的低导热部12a和高导热部12b在与延伸方向正交的方向上W等间隔交替形成(参考图4 (A)、图 4(C)及图 4(D))。
[0209] 如图4(B)及图4(C)中概念性地表示,热电转换层14具有矩形的面形状,在不露出 第1基板12A的高导热部12b的一侧表面(将图4(D)在图中上下方向上表里颠倒的状态),使 低导热部12a与高导热部12b的边界和中屯、在面方向一致,从而W4X4(共计16个)等间隔地 形成。
[0210] 并且,各热电转换层14通过电极20(电极24)及连接配线26而串联连接。具体而言, 如图4(B)所示,图中横向的热电转换层14的排列中,电极20W横向上夹持各热电转换层14 的方式被设置。由此,各热电转换层14通过电极20在横向上被连接。而且,在图中横向的热 电转换层14的排列中,最上级列的左端的电极20和上数第2列的右端电极通过连接配线26 连接,上数第2列的左端电极20和上数第3列右端的电极20通过连接配线26连接,另外,上数 第3列左端的电极20和上数第4列右端的电极20通过连接配线26连接。
[0211] 由此,W4X巧例的16个热电转换元件在图中横向上W趋向单方向的顺序串联连 接。
[0212] 另外,如图4(A)中概念性地表示,在热电转换层14及电极20上如下层叠第2基板 16A,即,将不露出高导热部16b的一侧设为下方(面对热电转换层14 =将图4(D)在面方向 (横向)上旋转180°的状态),并使低导热部12a与高导热部12b的边界与第1基板12A-致。
[0213] 从而,第1基板12A的低导热部12a和第2基板16A的高导热部16b在面方向上一致并 面对,第1基板12A的高导热部12b和第2基板16A的低导热部16a在面方向一致并面对。
[0214] 由此,构成通过串联连接16个本发明的热电转换元件10而成的热电转换模块。
[0215] W下,通过说明图1(A)~图1(C)所示的热电转换元件10的制造方法的一例,对本 发明的热电转换元件的制造方法进行详细说明。
[0216] 制备出首先在分散介质(有机溶剂或水)中添加由树脂材料构成的有机材料,然后 使CNT等热电转换材料分散而成的成为热电转换层14的涂布组合物。或者,制备出在水中添 加 CNT和表面活性剂并使其分散(溶解)而成的涂布组合物。
[0217] 该分散及涂布组合物的制备优选利用高速旋转薄膜分散法进行。
[0218] 高速旋转薄膜分散法为如下分散方法,即,通过离屯、力将包含分散对象的组合物 在装置内面按压成薄膜圆筒状的状态下使其高速旋转,从而使通过离屯、力及装置内面的速 度差而产生的滑动接触的应力作用于含有分散对象的组合物,从而使分散对象在薄膜圆筒 状的组合物内分散。
[0219] 具体而言,首先,将CNT等热电转换材料和树脂材料(分散介质(粘合剂))进行预混 合,制备出预混合物。或者在作为分散介质(分散剂)的水中添加 CNT及表面活性剂并进行预 混合,从而制备出预混合物。水优选使用纯水(离子交换水)或超纯水。
[0220] 在该预混合物中,根据需要,也可W添加分散剂、非共辆高分子、渗杂剂、热激发辅 助剂等各种成分。
[0221] 进行预混合时使用通常的混合装置即可。
[0222] 接着,通过高速旋转薄膜分散法对预混合物进行处理,制备出在树脂材料中分散 有CNT等热电转换材料而成的、成为热电转换层14的涂布组合物。或者,通过高速旋转薄膜 分散法对预混合物进行处理,制备出在水中分散(溶解)CNT及表面活性剂而成的、成为热电 转换层14的涂布组合物。
[0223] 高速旋转薄膜分散法,作为一例能够使用如下装置而实施,该装置具有:剖面为圆 形的管状外套;管状揽拌叶片,在管状外套内,W与管状外套可W同屯、旋转的方式配置;及 注入管,向揽拌叶片的下方开口,揽拌叶片具有:外周面,隔开稍微的间隔而面对管状外套 的内周面;及多个贯通孔,在厚度方向上贯通揽拌叶片的管状壁。作为运种装置,例如可优 选例示出薄膜旋转型高速混合机"Phil mix"(注册商标)Se;ries(PRIMIX Co. ,Ltd.制造)。
[0224] 通过使用运种装置,在通过离屯、力将CNT等热电转换材料在装置内面按压成薄膜 圆筒状的状态下使其预备高速旋转,从而使通过离屯、力及装置内面之间的速度差而产生的 滑动接触的应力作用于预混合物,由此使热电转换材料在薄膜圆筒状的预混合物内分散, 从而能够制备出成为热电转换层14的涂布组合物。
[0225] 根据运种高速旋转薄膜分散法,无需切断CNT便能够使其分散于树脂材料中。因 此,通过使用根据高速旋转薄膜分散法制备出的涂布组合物来形成热电转换层14,由此能 够形成分散有长度为UimW上的CNT的热电转换层14。由此,能够形成热电转换层14,其导电 率之比为面方向:厚度方向>10:1,优选面方向:厚度方向>100:1,更优选面方向:厚度方 向 >1000:1。
[0226] 另一方面,准备具有低导热部12a及高导热部12b的第1基板12(12A)、W及具有低 导热部16a及高导热部16b的第2基板16(16A)。
[0227] 第1基板12及第2基板16利用市售品即可。或者也可W利用光刻、蚀刻、成膜技术 等,并利用公知方法来制作第1基板12及第2基板16。
[0228] 另外,如图2(A)~图2(C)所示的第1基板32(第2基板42),作为一例,在成为低导热 部3姑的片状物上粘贴片状(或带状)的高导热部32b,从而制作出在低导热部3姑层叠高导 热部32b而成的第1基板32即可。或者准备在成为低导热部3^1的片状物的整面上形成成为 高导热部32b的层而成的片状物,通过蚀刻该成为高导热部32b的层而去除不需要的部分, 从而制作出在低导热部32a层叠高导热部32b而成的第1基板32。
[0229] 在第1基板12的未形成有高导热部12b的一侧表面,根据热电转换层14,将所制备 的成为热电转换层14的涂布组合物进行图案化并涂布。由使用掩模的方法、刷法等公知方 法进行涂布组合物的涂布即可。
[0230] 在涂布涂布组合物之后,由对应于树脂材料的方法将涂布组合物进行干燥、固化, 从而形成热电转换层14。另外,根据需要,也可W在干燥涂布组合物之后,通过紫外线照射 等进行涂布组合物(树脂材料)的固化。
[0231] 或者,也可W在第1基板12的未形成有高导热部12b的一侧的整个表面上,涂布所 制备的成为热电转换层14的涂布组合物,在干燥之后,通过蚀刻等图案形成热电转换层14。
[0232] 在本发明中,优选通过印刷而图案形成热电转换层14。
[0233] 由于通过印刷而图案形成热电转换层,因此能够简单且适当地形成如图3(A)所示 的面方向的端面为锥状的热电转换层14a。
[0234] 印刷方法可W利用丝网印刷、金属掩模印刷、模板印刷等公知的各种印刷方法。
[0235] 接着,在面方向上W夹持热电转换层14的方式形成电极20及电极24。
[0236] 根据电极20及电极24的形成材料等,并利用公知方法来形成电极20及电极24即 可。
[0237] 另外,将所准备的第2基板16面向未形成有高导热部16b的一侧并粘贴于热电转换 层14,从而制作出热电转换元件10。
[0238] 另外,可W在将成为热电转换层14的涂布组合物涂布于第1基板12之后,在半固化 状态下形成电极20及电极24,进而,在层叠第2基板16之后,将涂布组合物完全固化,从而制 作出热电转换元件10。
[0239] 在W上例子中是在形成热电转换层14之后形成电极20及电极24的,但是热电转换 层14和电极20及24的形成顺序也可W颠倒。
[0240] 该情况下,也可W如图3(B)中概念性地表示的热电转换层14b,W覆盖电极20及电 极24的端部的方式构成热电转换层的端部。
[0241] 另外,在制作图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件30的情况下,在形成热电转换 层36之前,首先,在第1基板32的有高导热部32b的一侧表面(仅在低导热部32a的表面)形成 密合层34。
[0242] 根据密合层34的形成材料,并利用公知方法来形成密合层34即可。例如,在密合层 34由氧化娃构成的情况下,通过邸化lectron Beam)蒸锻法、瓣射法形成密合层34即可。
[0243] 接着,W与所述相同的方式,在形成热电转换层36、电极46及电极48之后形成阻气 层38。阻气层38也利用公知方法形成即可。例如在阻气层38由氧化娃构成的情况下,W与上 述相同的方式,通过邸蒸锻法或瓣射法来形成阻气层38即可。
[0244] 接着,在阻气层38上形成粘结层40。粘结层40也根据粘结层的形成材料并利用涂 布法等公知方法形成即可。或者也可W利用双面胶带形成粘结层40。
[0245] 最后,W整面为低导热部42a-侧的面面向粘结层40,将第2基板42粘贴于粘结层 40,作为热电转换元件30(热电转换模块)。
[0246] 使本发明的热电转换元件30(热电转换模块)接触或粘接于热源,在发电时,可W 并用热电粘接片和/或散热片。
[0247] 作为粘贴于模块的加热侧或冷却侧而被使用的导热粘接片并无特别限定,能够使 用市售的散热片。作为一例,可W例示出細IN-ETSU C肥MICAL C0.,LTD.制TC-50TX2、 SUMITOMO 3M LTD.制超软散热材料5580H、DENKA COMPANY LIM口抓制BFG20A、NmO DENK0 CORPORATION制TR5912F等。另外,从耐热性的观点考虑,优选由娃类粘结剂构成的导热粘接 片。
[0248] 通过使用导热粘接片,通过(1)热源的密合性提高,且模块的加热侧的表面溫度提 高;及(2)冷却效率提高,并能够降低模块的冷却侧的表面溫度等效果而能够提高发电量。
[0249] 并且,在热电转换元件30(热电转换模块)的冷却侧的表面,也可W设置由不诱钢、 铜、侣等公知材料构成的散热片或散热器。
[0250] 通过利用散热片,从能够更适当地冷却热电转换元件的低溫侧、溫度差变大、热电 效率进一步提高等方面考虑是优选的。
[0251] 本发明的热电转换元件可利用于各种用途。
[0252] 作为一例,可例示出溫泉热发电机、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各种装置(设备)的电源等各种发电用途。并 且,作为本发明的热电转换元件的用途,除了发电用途W外,也可W例示出热敏传感器、热 电偶等传感器元件用途。
[0253] W上,对本发明的热电转换元件及热电转换元件的制造方法进行了详细说明,但 本发明并不限定于上述例子,在不脱离本发明的主旨的范围内,当然可进行各种改良或变 更。
[0巧4]实施例
[0255] W下,举出本发明的具体的实施例对本发明的热电转换元件进行更详细说明。然 而,本发明并不限定于W下实施例。
[0256] [实施例1]
[0257] <成为热电转换层的涂布组合物的制备>
[0巧引 << 树脂的合成>>
[0259] 在250血容量的3颈烧瓶中放入甲基丙締酸甲醋lOOg、硫代丙酸0.35g,并加热至80 。(:。在加热后,放入AIBN(偶氮二异下腊、WAK0 PURE CHEMICAL INDUSTRIES,LTD.制)17mg, 使其反应40分钟,之后,重复2次将AIBN放入17mg并反应了40分钟。然后,放入四氨巧喃lOg, 并结束了反应。使反应液再沉淀,得到60g的中间产物A。
[0260] 在250血容量的3颈烧瓶中放入15g所得到的中间产物A、二甲苯30g、甲基丙締酸缩 水甘油醋〇.28g、对苯二酪O.Olg、二甲基十二烷基胺O.Olg,在回流条件下反应了 5小时。之 后,使反应液再沉淀,得到聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)的巨单体lOg。
[0%1] 在300血容量的3颈烧瓶中,放入甲基丙締酸2-径乙醋0.27g、上述合成的PMMA的巨 单体4g、二甲基乙酷胺8g,并加热至80°C。之后,放入聚合引发剂(WAK0 PURE C皿MICAL INDUSTRIES,LTD.制、V-601)0.0127g反应了2小时。另外,重复2次放入相同的聚合引发剂 0.0127g进行反应2小时的工序。
[0262] 使所得到的反应液再沉淀,得到了由下式表示的树脂3g。
[0263] [化学式。
[0264]
[02化] << 涂布组合物的制备>>
[0%6] 将单层CNT化Η化emical Co.,Ltd.制、HP、CNT的平均长度为扣mW上)和合成的树 月旨,使质量比WCNT/树脂成分比计成为25/75,添加到20ml的邻二氯苯中进行了调节。
[0%7] 使用机械均质器(SMT C0丄TD.,制、HIGH-化EX H0M0GENIZER HF93),将该溶液W 20°C混合15分钟而得到预混合物。
[0268] 使用薄膜旋转型高速混合机"Phil mix40-40型"(PRIMIX Co.,Ltd.制),将所得到 的预混合物在10°c的恒溫层中,W圆周速度40m/sec,由高速旋转薄膜分散法进行5分钟的 分散处理,制备出成为热电转换层14的涂布组合物。
[0269] <<导电率及塞贝克系数的测定>>
[0270] 将该涂布组合物涂布于厚度为25μπι的塑料薄膜并进行干燥,从而形成厚度为10化 m的热电转换层。
[0271] 通过用扫描式电子显微镜(SEM)进行确认,包含于热电转换层中的单层CNT的长度 充分超过了 Ιμπι。
[0272] 测定了所形成的热电转换层的面方向的导电率(〇//)、厚度方向的导电率(0/1) 及塞贝克系数S(溫度差Δ Τ = 10Κ)。
[0273] 其结果,面方向的导电率为123[S/cm],厚度方向的导电率为ll[S/cm],塞贝克系 数为 35[μν/Κ]。
[0274] <热电转换元件的制作>
[0275] 准备了如图4(A)、图4(C)及图4(D)中概念性地表示的、具有由聚酷亚胺构成的低 导热部(12a、16a)及由铜构成的高导热部(1化、1化)的2个基板(12Α、16Α)。
[0276] 基板的厚度为50μπι,高导热部的厚度为40μπι,高导热部的露出面上的短边方向的 低导热部及局导热部的宽度为5mm。
[0277] 将一个基板作为第1基板12A,并在其高导热部12b的非露出面上涂布预先制备的 成为热电转换层的涂布组合物并进行干燥,如图4(B)及图4(C)中概念性地表示,W4X4制 作出16个厚度为100皿、5 X 5mm的热电转换层14。另外,热电转换层14 W面方向的中屯、与低 导热部12a和高导热部12b的边界一致的方式形成。
[0278] 使用金作为电极20及连接配线26,如图4(B)中示意地地表示,将所制作的4X4的 16个热电转换层14进行串联连接。
[0279] 另外,将另1个基板作为第2基板16A,使高导热部16b的非露出面朝向热电转换层 14,如图4(A)中概念性地表示进行了层叠。第2基板16AW热电转换层14的面方向的中屯、与 低导热部16a和高导热部16b的边界一致的方式进行了层叠。
[0280] 由此,制作出由16个热电转换元件构成的、如在图4 (A)~图4 (D)中概念性地表示 的热电转换模块。
[0281] [比较例1]
[0282] 利用成为相同的热电转换层的涂布组合物,制作出通过连接配线60将16个如图3 所示的W往的普通的热电转换元件(uni leg型热电转换元件)串联列连接的热电转换模块 50 〇
[0283] 基板52使用了厚度为25WI1的聚酷亚胺薄膜。电极54及58、连接配线60使用了铜。
[0284] 热电转换层56设为厚度为100皿且5 X 5mm的长方体。
[0285] [评价]
[0286] 对如此获得的实施例1及比较例1的热电转换模块,在样品的上下方向上赋予1(TC 的溫度差的状态下测定了输出。
[0287] 其结果,将比较例1的热电转换模块的输出规格化为1时,实施例1的相对输出为 11。
[0288] [实施例2及比较例2]
[0289] 除了变更了单层CNT(MEIJ0 ΝΑΝΟ CARBON Co.,Ltd.审化NT、CNT的平均长度为1皿 W上)W外,W与实施例1相同的方式,制备出成为热电转换层的涂布组合物。
[0290] 关于该涂布组合物,W与实施例1相同的方式,制作出厚度为100WI1的热电转换层。 W与实施例1相同的方式进行确认的结果,包含于热电转换层中的单层CNT的长度充分超过 了化m。
[0291] 关于所制作的热电转换层,W与实施例1相同的方式,测定出面方向的导电率、厚 度方向的导电率及塞贝克系数S。
[0292] 其结果,面方向的导电率为1990[S/cm],厚度方向的导电率为2[S/cm],塞贝克系 数为 56[μν/Κ]。
[0293] 另外,除了使用该涂布组合物W外,W与实施例1及比较例1相同的方式,制作出将 16个热电转换元件串联连接的实施例2及比较例2的热电转换模块,并测定了输出。
[0294] 其结果,将比较例2的热电转换模块的输出规格化为1时,实施例2的相对输出为 995。
[0巧日][实施例3及比较例3]
[0巧6] 通过将PED0T分散于聚苯乙締横酸(Poly (styrenesulfonate)PSS)中而成的 阳DOT · PSS溶液(产品名称:Clevios P化000、皿RAEUS Ltd.制),并添加乙二醇3质量%,审。 备出成为热电转换层的涂布组合物。
[0297] 将该涂布组合物涂布于厚度为25皿的塑料薄膜,并通过进行干燥而制作出厚度为 50nm的热电转换层。
[0298] 关于所制作的热电转换层,W与实施例1相同的方式,测定出面方向的导电率、厚 度方向的导电率及塞贝克系数S。
[0299] 其结果,面方向的导电率为900[S/cm],厚度方向的导电率为2[S/cm],塞贝克系数 为28[μν/Κ]。
[0300] 另外,除了使用该涂布组合物W外,W与实施例1及比较例1相同的方式,制作出将 16个热电转换元件串联连接的实施例3及比较例3的热电转换模块,并测定了输出。
[0301] 其结果,将比较例3的热电转换模块的输出规格化为1时,实施例3的相对输出为 450。
[0302] [实施例4]
[0303] 准备了无粘结剂的敷铜聚酷亚胺基板(阳LI0S R-F775、PANAS0NIC ELECTRIC WO服S CO.,LTD.制)。该敷铜聚酷亚胺基板的尺寸为80X80mm,聚酷亚胺层的厚度为20WI1, 铜层的厚度为70μπι。
[0304] 将该敷铜聚酷亚胺基板的铜层进行蚀刻,从而形成了 1mm宽度且1mm间隔的铜条纹 图案。由此,制作出在厚度为20WI1的片状低导热部的表面,厚度为70WI1且宽度为1mm的带状 高导热部在与带的延伸方向正交的方向上Wlmm间隔排列的第1基板及第2基板。
[0305] 第1基板的整面为聚酷亚胺层的面(平面状的面)的整面,通过邸蒸锻法形成厚度 为150nm的氧化娃层作为密合层。
[0306] 接着,在密合层上,通过丝网印刷,在带状的高导热部的延伸方向上Wlmm间隔,且 在带状的高导热部的排列方向上Wlmm间隔,形成885个与实施例1相同的IX 1mm的涂布组 合物的图案,并进行了干燥。通过进行3次图案形成及干燥,制作出厚度为4.5WI1的885个热 电转换层。
[0307] 另外,W中屯、位于带状的高导热部和低导热部的交界线的方式制作出IX 1mm的图 案。
[0308] 接着,通过使用金属掩模的真空蒸锻法,形成由厚度为lOOOnm的金(Au)构成的电 极及连接配线,如图4 (B)所示,将885个热电转换层串联连接。
[0309] 接着,W整面覆盖形成有第1基板的热电转换层及电极的面的方式,通过EB蒸锻法 形成厚度为150nm的氧化娃层作为阻气层。
[0310] 接着,在阻气层上,粘贴厚度为25μπι的双面胶带(NITT0 DENK0 CORPORATION制、双 面胶带No. 5603)作为粘结层。
[0311] 另外,在粘结层上,使整面为低导热部的面朝向粘结层并粘贴了第2基板。另外,第 2基板如下粘贴于粘结层,即,使高导热部的延伸方向与第1基板一致,使高导热部与低导热 部的端边一致,并使高导热部和低导热部与第1基板彼此交错(参考图4(A)~图4(C))。
[0312] 由此,制作出将具有与图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件相同的层结构的885 个热电转换元件串联连接而成的热电转换模块。
[0313] [实施例引
[0314] 准备了与实施例4相同的第1基板及第2基板。
[0315] 在该第1基板的整面为低导热部的面上,通过使用了金属掩模的真空蒸锻法,形成 了厚度为lOOnm的铭(化)层作为密合层。
[0316] 在铭层上,通过使用金属掩模的真空蒸锻法,对应于与实施例4相同的885个热电 转换层,形成了由厚度为lOOOnm的金(Au)构成的电极及连接配线。
[0317] 接着,W与实施例4相同的方式,制作出885个热电转换层。
[0318] 接着,W整面覆盖形成有第1基板的热电转换层及电极的面的方式,粘贴与实施例 4相同的双面胶带作为粘结层,另外,W与实施例4相同的方式粘贴了第2基板。
[0319] 由此,制作出将885个热电转换元件串联连接而成的热电转换模块,所述热电转换 元件除了不具有阻气层38W外,具有与图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件相同的层结 构。
[0320] [实施例6]
[0321] 制备出将单层CNT(MEIJ0 ΝΑΝΟ CARBON Co.,Ltd.制CNT、CNT的平均长度为1皿W 上)50mg和表面活性剂(WAKO PURE C皿MICAL INDUSTRIES,LTD.制、十二烷基苯横酸钢) 150mg添加到离子交换水20ml的溶液。
[0322] 使用机械均质器(SMT C0丄TD.,制、HI細-化EX册M0GENIZ邸邸93),^20。(:,将该 溶液进行5分钟(ISOOOrpm)的混合,从而得到预混合物。
[0323] 使用薄膜旋转型高速混合机"Phil mix40-40型"(PRIMIX Co.,Ltd.制),将所得到 的预混合物冷却至10°c,并且W圆周速度30m/sec,利用高速旋转薄膜分散法进行5分钟的 分散处理,从而制备出成为热电转换层的涂布组合物。
[0324] 关于该涂布组合物,W与实施例1相同的方式制作出厚度为100μπι的热电转换层。 W与实施例1相同的方式进行确认的结果,包含于热电转换层中的单层CNT的长度充分超过 了化m。
[0325] 关于所制作的热电转换层,W与实施例1相同的方式,测定出面方向的导电率、厚 度方向的导电率及塞贝克系数S。
[0326] 其结果,面方向的导电率为450[S/cm],厚度方向的导电率为15[S/cm],塞贝克系 数为 52[μν/Κ]。
[0327] 使用该涂布组合物,并通过1次丝网印刷而形成厚度为祉m的885个热电转换层,除 此W外,W与实施例5相同的方式,制作出热电转换模块。
[0328] 由此,制作出将885个热电转换元件串联连接而成的热电转换模块,所述热电转换 元件除了不具有阻气层38W外,具有与图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件相同的层结 构。
[0329] [实施例7]
[0330] 在第1基板及第2基板中,将带状的高导热部的宽度(铜条的宽度)设为0.975mm,将 带状的高导热部的形成间隔(铜条的形成间隔)设为1.025mm,并且W与实施例4相同的方式 形成阻气层,除此之外,W与实施例6相同的方式制作出热电转换模块。
[0331] 另外,在该热电转换模块中,W如下方式进行了第2基板的粘贴,即,使第1基板及 第2基板的带状的高导热部的端边不一致,而使短边在高导热部的排列方向(即通电方向) 上分开0.25皿的间隔。
[0332] 由此,制作出将具有与图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件相同的层结构的885 个热电转换元件串联连接而成的热电转换模块。 扣扣引[实施例8]
[0334] 在形成热电转换层之后,在热电转换层的电极连接部,使用金属掩模的真空蒸锻 法形成厚度为10皿的缓冲层化ANT0 CHEMICAL C0.,INC.制、F4:TCNQ),并且未形成密合层 及阻气层,除此之外,W与实施例1相同的方式,制作出热电转换模块。
[0335] 由此,制作出将885个热电转换元件串联连接而成的热电转换模块,所述热电转换 元件除了不具有密合层及阻气层W外,具有与图2(A)~图2(C)所示的热电转换元件相同的 层结构。
[0;336][评价]
[0337]关于如此制作的实施例4~8的热电转换模块,进行了发电量、弯曲试验及耐热性 试验。
[033引 < 发电量>
[0339] 用经过加热的铜板和连接冷水循环装置的铜板来夹持所制作出的热电转换模块, 并W两个铜板的溫度差成为10°c的方式调节了经过加热的铜板的溫度。
[0340] 另外,将串联连接的最上游的热电转换层的电极及最下游的热电转换层的电极与 测量表化EITHLEY INSTRUMENTS,INC.制、测量表2450)连接,测量开路电压和短路电流,并 由下式求出发电量。
[0341] (发电量)=0.25X(开路电压)X(短路电流)
[0;342] <弯曲试验>
[0343] 在测定发电量之后,WJIS K 5600为基准进行了热电转换模块的弯曲试验。使用 直径为32mm的圆筒形忍棒,进行了 180°的折弯。
[0344] 在进行弯曲试验之后,W与所述相同的方式测定热电转换模块的发电量,并进行 发电量的比较,求出发电量的变化率,W下述评价基准判定了变化率。
[0345] A:变化率5%W内
[0%6] B:变化率超过5%且20% W内
[0347] <耐热性试验>
[0348] 将所制作的热电转换模块在溫度15(TC的恒溫槽内放置1000小时之后,W与上述 相同的方式测定发电量,求出与加热试验前的发电量的变化率,并W下述评价基准判定了 变化率。
[0349] A:变化率5%W内
[(X3加]B:变化率超过5%且20% W内 [0351] 在下述表中示出结果。
[0;352][表1]
[0353]
[0354] 实施例4、5及8的热电转换层为CNT+树脂 [03W]实施例6及7的热电转换层为CNT+表面活性剂
[0356] 如上述表所示,具有密合层的实施例4~7在弯曲试验中获得了优异的结果。具有 密合层和阻气层两者的实施例4及7在弯曲试验及耐热性试验中均获得了优异的结果。
[0357] 具有由CNT和表面活性剂构成的热电转换层的实施例6及7具有良好的发电量,尤 其,在第1基板和第2基板中,高导热部在通电方向上分开的实施例7获得了良好的发电量。
[0358] 与使用相同的热电转换层的实施例4等相比,在热电转换层与电极之间具有缓冲 层的实施例8获得了良好的发电量。
[0359] 另外,在弯曲试验及耐热性试验中,即使评价均为"B",也能够作为热电转换模块 而充分使用。
[0360] [实施例9]
[036。 在表面溫度为80°C、直径为120mm的曲面状的加热源,利用导热粘接片(NITT0 DENK0 CORPORATION制、TR5912巧粘接了W与实施例7相同的方法制作的热电转换模块。
[0362] 另外,在热电转换模块的表面,利用与所述相同的导热粘接片粘接了尺寸为80X 80mm的波状散热片(BEST INKS INC制造、0A-5B2D75B)。
[0363] 将串联连接的最上游的热电转换层的电极及最下游的热电转换层的电极与测量 表化EITOLEY INSTRUMENTS,INC.制、测量表2450)进行连接,并测量开路电压和短路电流, 求出发电量的结果,可得到〇.82yW的输出。
[0364] 由该结果可知,即使使用气冷,本发明的热电转换元件(使用本发明的热电转换元 件的热电转换模块)也发电。
[0365] 由W上结果清楚本发明的效果。
[0366] 符号说明
[0367] 10、30-热电转换元件,12、12A、32-第1基板,12曰、16曰、30曰、42曰-低导热部,126、 16b、30b、42b-高导热部,14、36、56-热电转换层,16、16A、42-第 2 基板,20、24、46、48、54、58- 电极,26、60-连接配线,34-密合层,38-阻气层,40-粘结层,50-热电转换模块,52-基板。
【主权项】
1. 一种热电转换元件,其特征在于,具有: 第1基板,在该第1基板的面方向上的至少一部分具有导热率比其他区域高的高导热 部; 热电转换层,其形成于所述第1基板上,并由有机材料构成,且面方向上的导电率比厚 度方向上的高; 第2基板,其形成于所述热电转换层上,在该第2基板的面方向上的至少一部分具有导 热率比其他区域高的高导热部,且在面方向上,该第2基板自身的所述高导热部与所述第1 基板的高导热部并不完全重合;及 一对电极,它们以在面方向上夹持所述热电转换层的方式连接于所述热电转换层。2. 根据权利要求1所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层的面方向与厚度方向的导电率之比为面方向:厚度方向> 10:1。3. 根据权利要求2所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层的面方向与厚度方向的导电率之比为面方向:厚度方向> 100:1。4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层包含碳纳米管。5. 根据权利要求4所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层是通过将碳纳米管分散于树脂材料中而构成的。6. 根据权利要求4所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层含有碳纳米管和表面活性剂。7. 根据权利要求4至6中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述碳纳米管为单层碳纳米管,长度为lym以上。8. 根据权利要求1至3中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层包含导电性高分子。9. 根据权利要求8所述的热电转换元件,其中, 所述导电性高分子为聚(3,4_乙烯二氧噻吩)。10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述第1基板的高导热部和所述第2基板的高导热部在面方向上设置于在所述电极的 分开方向上不同的位置。11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述第1基板的高导热部及所述第2基板的高导热部位于层叠方向上的外侧。12. 根据权利要求1至11中的任一项所述的热电转换元件,其中, 在所述第1基板与所述一对电极之间具有密合层。13. 根据权利要求1至12中的任一项所述的热电转换元件,其中, 该热电转换元件具有阻气层,该阻气层覆盖所述热电转换层及一对电极。14. 根据权利要求1至13中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述热电转换层的面方向上的端面为锥状。15. 根据权利要求1至14中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述一对电极的各电极以从所述热电转换层的面方向上的端面到达上表面的方式形 成。16. 根据权利要求1至15中的任一项所述的热电转换元件,其中, 所述一对电极的形成材料为金,在所述一对电极中的至少一个电极与热电转换层之间 具有缓冲层。17. -种热电转换元件的制造方法,其特征在于,具有: 通过高速旋转薄膜分散法对至少包含碳纳米管和分散介质的溶液进行处理,从而制备 出在所述分散介质中分散有碳纳米管的CNT涂布液的工序; 在面方向上的至少一部分具有导热率比其他区域高的高导热部的第1基板上,涂布所 述CNT涂布液并进行干燥,从而形成热电转换层的工序; 将一对电极以在面方向上夹持的方式连接于所述热电转换层的工序;及 在所述热电转换层上层叠第2基板的工序,所述第2基板在面方向上的至少一部分具有 导热率比其他区域高的高导热部,且在面方向上,自身的所述高导热部与所述第1基板的高 导热部并不完全重合。18. 根据权利要求17所述的热电转换元件的制造方法,其中, 包含于所述CNT涂布液中的分散介质为树脂材料。19. 根据权利要求17所述的热电转换元件的制造方法,其中, 包含于所述CNT涂布液中的分散介质为水,且所述CNT涂布液含有表面活性剂。20. 根据权利要求17至19中的任一项所述的热电转换元件的制造方法,其中, 在形成所述热电转换层的工序中,通过印刷对所述第1基板涂布CNT涂布液。
【文档编号】H01L35/22GK105874621SQ201480070902
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月12日
【发明人】米仓修, 林直之, 加纳丈嘉, 青合利明, 杉浦宽记
【申请人】富士胶片株式会社
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