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THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT

Patent code P150011189
File No. S2014-1128-N0
Posted date Jan 27, 2015
Application number P2014-131400
Publication number P2016-009830A
Patent number P6348000
Date of filing Jun 26, 2014
Date of publication of application Jan 18, 2016
Date of registration Jun 8, 2018
Inventor
  • (In Japanese)津久井 茂樹
  • (In Japanese)林 将太
  • (In Japanese)河野 弘毅
Applicant
  • (In Japanese)公立大学法人大阪
Title THERMOELECTRIC CONVERSION ELEMENT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion element having a large Seebeck coefficient.
SOLUTION: The thermoelectric conversion element includes a semiconductor layer and a thermoelectric conversion layer formed on an insulator layer directly formed on the semiconductor layer or directly formed on the semiconductor layer. The thermoelectric conversion layer is characterized so as to have a thickness of 1 nm to 500 nm. The semiconductor layer and the thermoelectric conversion layer in the thermoelectric conversion element may be formed so that when the semiconductor layer is an n-type semiconductor layer, a Seebeck coefficient in an in-plane direction of the thermoelectric conversion layer becomes either one of a plus value and a minus value, and when the semiconductor layer is a p-type semiconductor layer, the Seebeck coefficient in the in-plane direction of the thermoelectric conversion layer becomes the other value.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

熱電材料を利用したエネルギー変換システムは、(1)力学的駆動部を持たないために長時間メンテナンス性に優れる、(2)システム作動のための外部電力を要せず、また排出物がないためクリーンで低環境負荷である、(3)スケール効果が無く、システム全体を小型・軽量化できる、といった長所を有している。特にシステム全体の小型化が可能であるという長所を生かし、このシステムのセンサーやマイクロ発電デバイスへの応用が期待されている。

一般に熱電材料の性能を示す指標である出力因子として、無次元性能指数ZT= S2σT/κ[-]とパワーファクターPF=S2σ [W・m-1・K-2]が用いられる。無次元性能指数ZTは出力の大きさの指標であり、パワーファクターPFは外に取り出せる電圧の大きさの指標ある。ここでSはゼーベック係数[V・K-1]、σは導電率[S・m-1]、κは熱伝導率[W・m-1・K-1]、Tは温度[K]である。ゼーベック係数とは温度勾配によって生じた熱起電力V[V]を温度差ΔT[K]で割ったものであり、S=V/ΔTで表わすことができる。ゼーベック係数の符号によってキャリアが正孔か電子かを判断することができる。優れた熱電材料とは、性能指数が大きいこと、すなわちゼーベック係数と導電率が大きく、熱伝導率が小さい物質である。実用化するためにはZTは1.0以上、PFは3.0 mW・m-1・K-2以上が必要とされる。

熱電材料は、一般的にインゴット材料等が用いられる。一方、熱電材料薄膜を備えた熱電変換素子が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。熱電材料薄膜を用いると、小型化された熱電変換素子を形成することができるというメリットがある。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、熱電変換素子に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
半導体層と、前記半導体層上に直接設けられた熱電変換層とを備え、
前記半導体層は、n型半導体層またはp型半導体層であり、
前記熱電変換層は、1 nm以上200 nm以下の厚さを有し、
前記半導体層は、Si基板又はGaAs基板であることを特徴とする熱電変換素子。

【請求項2】
 
前記熱電変換層は、Fe2VAl系材料層、Bi2Te3系材料層、金属鉄層又はコンスタンタン層である請求項1に記載の熱電変換素子。

【請求項3】
 
前記半導体層及び前記熱電変換層は、前記半導体層がn型半導体層である場合前記熱電変換層の面内方向のゼーベック係数がプラス値及びマイナス値のうち一方の値となり、前記半導体層がp型半導体層である場合前記熱電変換層の面内方向のゼーベック係数が他方の値となるように設けられた請求項1又は2に記載の熱電変換素子。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2014131400thum.jpg
State of application right Registered
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