[发明专利]热电转换元件、热电转换模块及热电转换元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电转换元件、热电转换模块及热电转换元件的制造方法。 

背景技术

近年来，为了防止地球温室化，二氧化碳的削减成为重要的课题，可以直接将热转换为电的热电转换元件作为有效的废热利用技术之一而受到关注。 

另外，作为以往的热电转换元件，已知例如图6所示具有包括p型热电转换材料51、n型热电转换材料52、低温侧电极56、高温侧电极58的结构的热电转换元件50。 

该热电转换元件50中，2种热电转换材料51、52是热和电的能量转换材料，在各自的作为低温侧端面的低温侧接合部53b与低温侧电极56连接。此外，热电转换材料51、52在作为高温侧端面的高温侧接合部53a介以高温侧电极58连接。 

并且，该热电转换元件50中，若给予高温侧接合部53a和低温侧接合部53b以温度差，则因而塞贝克效应产生电动势，从而获得电力。 

但是，采用该热电转换元件50的结构时，2种热电转换材料51、52的连接使用电极56、58，存在电极-热电转换材料间产生接触电阻的问题。 

另外，热电转换元件的发电能力由材料的热电转换特性和给予元件的温度差决定，热电转换材料的占有率(相对于热电转换元件产生温度差的方向垂直的面中热电转换材料部分所占的面积的比例)的影响也较大，通过增加热电转换材料的占有率，可以提高热电转换元件的单位面积的发电能力。 

但是，采用像该热电转换元件50这样的以往例的结构时，在2种热电转换材料51、52之间设有绝缘用的空隙层，因此热电转换材料的占有率的增加自然存在极限。 

此外，由于在2种热电转换材料51、52之间设有绝缘用的空隙，因此容 易因坠落等的冲击而损伤，存在可靠性低的问题。 

如上所述，为了提高热电转换元件的发电能力，希望增加热电转换材料的占有率。作为解决该课题的一种方法，提出了具有p型、n型热电转换材料直接接合的结构的热电转换元件(参照专利文献1、2)。 

该专利文献1和专利文献2中所示的直接接合型的热电转换元件中，p型、n型热电转换材料直接接合，不需要在两者之间设置空隙等，因此可以增加热电转换材料的占有率。 

即，专利文献1中示出了交替层叠p型、n型热电转换材料而得的热电转换元件，其中，p型、n型热电转换材料电连接，层叠界面的除接合区域以外的区域隔有绝缘层。在这里，绝缘层通过将如下的混合材料烧成而得：包含选自ZrO₂、Al₂O₃、MgO、TiO₂和Y₂O₃的1种或2种以上的绝缘体陶瓷和玻璃，玻璃含有SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃和碱土金属氧化物，玻璃的含有比例为10～50重量％。此外，p型、n型热电转换材料是将对铁硅化物(FeSi₂)进行改性所得的材料烧成而得的材料。 

然而，专利文献1中所示的热电转换元件的情况下，由于热电转换材料采用铁硅化物(FeSi₂)类的材料，因此需要在真空中烧成的特殊烧成方法，存在导致成本增加和制造工序的复杂化的问题。此外，因为铁硅化物类材料的热导率高，所以还存在不易使热电转换元件具有温度差的问题，且可能会因高温而氧化、劣化。 

此外，作为其他热电转换元件，提出了通过将2种以上的氧化物半导体的粉末重叠2层以上填充于模具，在加压下进行放电等离子体烧结，从而接合p型、n型半导体材料而得的热电转换元件(参照专利文献2)。 

然而，专利文献2中所示的热电转换元件的情况下，虽然热电转换材料采用氧化物的热电转换材料，但例如n型热电转换材料采用将纤锌矿型结构的ZnO改性而得的材料，p型热电转换材料采用正方晶结构的NiO。两者的烧结温度也不同，所以需要在加压、即维持形状的同时进行烧结，与专利文献1的情况同样，存在导致成本增加和制造工序的复杂化的问题。