CN102047458A

CN102047458A - 热发电器件和使用该器件的发电方法

Info

Publication number: CN102047458A
Application number: CN2009801203138A
Authority: CN
Inventors: 菅野勉; 酒井章裕; 高桥宏平; 四桥聪史; 足立秀明
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: WO2010058526A1; CN102047458B; US7994415B2; US20100282286A1; JPWO2010058526A1; JP4584355B2

Abstract

本发明的热发电器件具备：相互相对配置的第一电极和第二电极；和叠层体，其夹在第一电极和第二电极之间，与第一电极和第二电极的双方电连接，在与作为第一电极和第二电极相对的方向的电动势取出方向正交的方向上叠层。叠层体具有热电材料层和以夹着热电材料层的方式配置的第一夹持层和第二夹持层，第一夹持层和第二夹持层分别具有金属和绝缘体交替叠层的叠层构造，该叠层构造的叠层方向与叠层体的叠层面平行，并且是相对于电动势取出方向倾斜的方向，第一夹持层的绝缘体与第二夹持层的绝缘体按照在该叠层方向上交替出现的方式配置，通过在与叠层体的叠层方向正交并且与电动势取出方向正交的方向上产生温差，经第一电极和第二电极输出电力。

Description

热发电器件和使用该器件的发电方法

技术领域

本发明涉及进行从热能向电能的转换的热发电器件和使用该器件的发电方法。

背景技术

热发电技术是利用与在物质的两端产生的温差成比例地产生电动势的赛贝克效应，直接将热能转换成电能的技术。该技术在偏僻地区用电源、宇宙用电源、军事用电源等中利用，并正在实用化。

现有的热发电器件将载流子的符号不同的p型半导体和n型半导体的热电材料相组合，构成为将它们以热并联且电串联的方式连接的称为π型构造的结构。

在热发电器件中使用的热电材料的性能大多用性能指数Z或者用Z与绝对温度相乘无量纲化的性能指数ZT进行评价。ZT使用物质的S＝赛贝克系数，ρ＝电阻率，κ＝热传导率，以ZT＝S²T/ρκ表示。另外，由赛贝克系数S和电阻率ρ表示的S²/ρ是称为功率因数的值，成为决定使温差一定时的热电材料和热电转换器件的发电性能是否良好的基准。

当前，作为热电材料正在实用化的Bi_2-aSb_aTe₃(0≤a≤2)等的Bi₂Te₃类材料的ZT是1左右，功率因数是40～50μW/cmK²，现状是具有比较高的热电特性。但是，为了在更多的用途中实用化，即使是使用该Bi₂Te₃类材料的π型构造的热发电器件，也不能说是具有充分的发电性能。

另一方面，作为π型构造以外的热发电器件，很早就提出了利用自然或者人工制作的叠层构造中的热电特性的各向异性的热发电器件(例如，参照非专利文献1)。在专利文献1中，记载了利用由金属和作为热电材料的Bi构成的叠层结构中的热电特性的各向异性的热发电器件。专利文献1中记载的热发电器件，通过适当地选择金属与Bi的厚度比或者叠层方向的倾斜角度，从而具有比利用Bi或者Bi₂Te₃类材料的π型构造的热发电器件大幅度提高的功率因数。

【专利文献1】专利第4078392号公报

【非专利文献1】A.A.Snarskii，P.Bulat，“THERMOELECTRICS HANDBOOK”，Chapter45，CRC Press(2006)

发明内容

但是，由于在非专利文献1中记载的热发电器件的ZT不高，并且也没有观察到改善，因此不是热发电用途，而是进行设想主要对于红外线传感器等测定用途的应用的技术开发。另外，在具有π型构造的热发电器件中，如上所述，还不能说为了在更多的用途中使用而具有了充分的发电性能。另外，专利文献1中记载的热发电器件虽然具有比具备π型构造的热发电器件大的功率因数，但是希望具有更大的功率因数的热发电器件。

本发明是鉴于上述的情况而完成的，目的是提供具有高发电性能的热发电器件和使用该器件的发电方法。

本发明者进行了各种研究的结果是，发现通过以下的本发明达到了上述目的。即，本发明一个方式的热发电器件具备：相互相对配置的第一电极和第二电极；以及夹在上述第一电极和上述第二电极之间，与上述第一电极和上述第二电极的双方电连接，在与作为上述第一电极和上述第二电极相对的方向的电动势取出方向正交的方向上叠层的叠层体，上述叠层体具有热电材料层和以夹着上述热电材料层的方式配置的第一夹持层和第二夹持层，上述第一夹持层和上述第二夹持层分别具有金属和绝缘体交替叠层的叠层构造，该叠层构造的叠层方向与上述叠层体的叠层面平行，并且是相对于上述电动势取出方向倾斜的方向，上述第一夹持层的绝缘体与上述第二夹持层的绝缘体按照在该叠层构造的叠层方向上交替出现的方式配置，通过在与上述叠层体的叠层方向正交并且与上述电动势取出方向正交的方向上产生温差，经上述第一电极和上述第二电极输出电力。

另外，本发明另一个方式的发电方法是使热发电器件中产生温差从而从上述热发电器件获得电力的、使用热发电器件的发电方法，上述热发电器件具备：相互相对配置的第一电极和第二电极；以及夹在上述第一电极和上述第二电极之间，与上述第一电极和上述第二电极的双方电连接，在与作为上述第一电极和上述第二电极相对的方向的电动势取出方向正交的方向上叠层的叠层体，上述叠层体具有热电材料层和以夹着上述热电材料层的方式配置的第一夹持层和第二夹持层，上述第一夹持层和上述第二夹持层分别具有金属和绝缘体交替叠层的叠层构造，该叠层构造的叠层方向与上述叠层体的叠层面平行，并且是相对于上述电动势取出方向倾斜的方向，上述第一夹持层的绝缘体与上述第二夹持层的绝缘体按照在上述叠层方向上交替出现的方式配置，通过在与上述叠层体的叠层方向正交并且与上述电动势取出方向正交的方向上产生温差，经上述第一电极和上述第二电极获得电力。

依据本发明，能够提供具有高发电性能的热发电器件和使用该器件的发电方法。

附图说明

图1是本发明实施方式1的热发电器件的立体图。

图2是本发明实施方式1的热发电器件的正面图。

图3是本发明实施方式1的热发电器件的平面图。

图4是表示本发明实施方式1的热发电元件的第一变形例的平面图。

图5是表示本发明实施方式1的热发电元件的第二变形例的平面图。

图6是表示驱动本发明实施方式1的热发电器件时的结构的正面图。

图7A是表示本发明实施方式1的热发电器件的制造工序的流程图。

图7B是本发明实施方式1的热发电器件的制造方法中的第一工序图。

图7C是本发明实施方式1的热发电器件的制造方法中的第二工序图。

图7D是本发明实施方式1的热发电器件的制造方法中的第三工序图。

图7E是本发明实施方式1的热发电器件的制造方法中的第四工序图。

图8是本发明实施方式2的热发电器件的立体图。

具体实施方式

以下，参照图面说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是本发明实施方式1的热发电器件的立体图。如图1所示，实施方式1的热发电器件具备：相互相对配置的第一电极11和第二电极12；夹在第一电极11和第二电极12之间而设置的、与第一电极11和第二电极12的双方电连接的叠层体20。

第一电极11和第二电极12优选为导电性高的材料，优选是Cu、Ag、Mo、W、Al、Ti、Cr、Au、Pt、In等金属或者TiN、铟锡氧化物(ITO)、SnO₂等氮化物或者氧化物等。另外，第一电极11和第二电极12也可以使用焊料或者导电性膏形成。

叠层体20具备第一夹持层13、热电材料层15和第二夹持层14，将它们依次叠层。即，热电材料层15夹在第一夹持层13和第二夹持层14之间。

另外，以下将第一电极11和第二电极12相对的方向称为电动势取出方向。电动势取出方向是图1的X方向。并且，叠层体20的叠层方向是与电动势取出方向正交的方向，是图1的Z方向。图1的Y方向与X方向和Z方向正交。

由于第一夹持层13和第二夹持层14分别具有金属16和绝缘体17周期性地交替叠层配置的叠层构造，因此热电材料层15与这些金属16和绝缘体17接触。另外，第一夹持层13和第二夹持层14中的金属16和绝缘体17的叠层方向是与叠层体20的叠层面(XY平面)平行，并且相对于电动势取出方向(X方向)倾斜的方向。

图2是本发明实施方式1的热发电器件的正面图。如图2所示，第一夹持层13和第二夹持层14的叠层面18相对于电动势取出方向(X方向)倾斜。叠层面18的方向21相对于X方向(电动势取出方向)仅倾斜角度θ。另外，方向21具体地讲是叠层体20的叠层面(XY平面)与叠层面18的交线方向。

作为构成实施方式1的热电材料层15的热电材料，例如优选是Bi_2-aSb_aTe₃、Bi、PbTe、Si_0.8Ge_0.2、CoSi、SrTiO₃、Na_bCoO₂等。这里，a、b为0≤a≤2，0.3≤b≤0.8。这些热转换材料具有适于热发电器件100的结构的性质，能够提供具有高发电性能的热发电器件100。另外，热电材料也可以使用除此以外的材料，即使在那样的情况下，热发电器件100也具有充分的发电性能。

另外，在作为热电材料层15的材料使用Si_0.8Ge_0.2的情况下，也可以包含B(硼)、P(磷)、Al等杂质。另外，在作为热电材料层15的材料使用SrTiO₃的情况下，也可以包含La、Nb等杂质。另外，在作为热电材料层15的材料使用Na_bCoO₂(0.3≤b≤0.8)的情况下，也可以包含Sr、Ca等杂质。另外，热电材料层15有时因制作方法引起组成偏差，但是只要是在所记载的组成比的20％以内的偏差，则不会显著地破坏性能，因此是可以允许的。

另外，在第一夹持层13和第二夹持层14中，周期性地配置绝缘体17和金属16。另外，第一夹持层13和第二夹持层14的绝缘体17都有相同的叠层周期和叠层方向。因此，相互相邻的绝缘体17以成为相同的间隔的方式配置。第一夹持层13和第二夹持层14的各自中的绝缘体17的叠层周期是周期x(参照图2)。第一夹持层13的绝缘体17和第二夹持层14的绝缘体17配置成关于它们的叠层方向交替地出现。第一夹持层13的绝缘体17和第二夹持层14的绝缘体17优选关于它们的叠层方向错开周期x的半个周期而配置。

如上所述，在热发电器件100中，第一夹持层13和第二夹持层14的绝缘体17优选分别周期性地配置，而即使是没有周期性地配置的结构，热发电器件100也能够发电。但是，在周期性地配置有绝缘体17的结构中，热发电器件100表现出良好的特性。

另外，第一夹持层13的绝缘体17和第二夹持层14的绝缘体17的关于叠层方向的配置偏差优选是周期x的半个周期(0.5周期)，这种情况下，热发电器件100表现出最优选的特性。但是，配置偏差即使是周期x的半个周期以外，热发电器件100也能够发电，配置偏差优选是周期x的0.3～0.7，更优选的是周期x的0.4～0.6。当配置偏差处在周期x的0.3～0.7的范围中时，在本说明书中，将这种配置偏差基本上称为半周期的偏差。

叠层体20的叠层方向(Z方向)中的绝缘体17的厚度可以是大于等于金属16的厚度。图3是本发明实施方式1的热发电器件的平面图。例如，如图1和图3所示，Z方向上的绝缘体17的厚度优选等于Z方向上的金属16和热电材料层15的厚度之和，但也可以是除此以外的厚度。图4是表示本发明实施方式1的热发电元件的第一变形例的平面图，图5是表示本发明实施方式1的热发电元件的第二变形例的平面图。如图4所示，绝缘体17也可以形成为进入到热电材料层15的一部分中。进而，如图5所示，第一夹持层13的绝缘体17也可以分断热电材料层15到达第二夹持层14，第二夹持层14的绝缘体17也可以分断热电材料层15到达第一夹持层13。但是叠层体20并未被绝缘体17完全分断。

第一夹持层13和第二夹持层14的金属16优选是热传导率高并且电阻率小的材料。由此，热发电器件100的发电性能提高。对于金属16优选使用Cu、Ag、Au、Al或者由这些材料形成的合金等。另外，如果考虑导电性、热传导性、制作的难易程度等，作为金属16，与Al相比较更加优选Cu、Ag、Au，特别优选的是Cu和Ag。

另外，绝缘体17只要是具有电绝缘性的材料则没有特别限定。具体地讲，可以是SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、Ta₂O₅等氧化物，Si₃N₄等氮化物，环氧树脂等。另外，绝缘体17也可以是空气、氮等气体或者真空。例如，通过在绝缘体17的配置位置形成槽，使热发电器件100在空气中动作，能够使绝缘体17为空气。另外，当将在绝缘体17的配置位置形成有槽的热发电器件100设置在充填有空气以外的气体并以气体不会泄漏的方式密封的容器中，并使该热发电器件100动作时，绝缘体17为该被充填的气体。另外，通过使该容器成为真空状态，绝缘体17为真空。在使绝缘体17为空气等的情况下，与使绝缘体17为固体的情况相比较，能够减轻热发电器件100的重量，但是在强度降低方面应该加以注意。

图6是表示驱动本发明实施方式1的热发电器件时的结构的正面图。在驱动热发电器件100时，可以使沿着Y方向产生温差。由于在热发电器件100的Y方向上产生温度梯度，因此将高温部62和低温部63配置成沿着Y方向相对，在热发电器件100中使它们贴紧。高温部62和低温部63例如是加热器、散热器等。通过高温部62和低温部63沿着热发电器件100的Y方向产生温差，由此在叠层体20中产生电动势，热发电器件100经由第一电极11和第二电极12输出电力。

具有π型构造的现有的热发电器件在相对于产生温差的方向平行的方向上产生电动势，在垂直方向上没有产生电动势。但是，在热发电器件100中，温度梯度产生的方向(Y方向)与电动势取出方向(X方向)不同。即，热发电器件100利用不同材料的叠层构造中的热电特性的各向异性进行发电。叠层体20是作为金属16与绝缘体17的叠层构造体的、叠层有第一夹持层13和第二夹持层14、热电材料层15的构造。由于叠层体20是这种构造，因此在热发电器件中沿着与产生温差的方向(Y方向)不同方向、即电动势取出方向(X方向)产生电动势。

本发明者们如在后述的实施例中所述，研究了热发电器件100进行动作的各种条件，尝试进行了优化。由此，在详细地研究热发电器件100中的规定条件与热发电性能的关系的过程中，发现可以得到预想以外的很大的热发电性能。具体地讲，研究了相对叠层面18的方向21与电动势取出方向(X方向)构成的角度(角度θ)的热发电性能。

另外，研究了相对第一夹持层13和第二夹持层14中的绝缘体17的叠层周期(周期x)与金属16的厚度之比的热发电性能。另外，研究了相对上述周期x与热电材料层15的厚度之比的热发电性能。关于这些研究结果在后面叙述。另外，金属16的厚度或者热电材料层15的厚度是叠层体20的叠层方向(Z方向)上的厚度(参照图1)。

在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用Bi_2-aSb_aTe₃(0≤a≤2)的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在100∶1到0.4∶1的范围内，更优选的是在40∶1到1∶1的范围内(参照后述的实施例2)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(Bi_2-aSb_aTe₃层)15的厚度之比优选在1000∶1到20∶1的范围内，更优选的是在400∶1到100∶1的范围内(参照后述的实施例3)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于10°小于等于70°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于50°的范围内(参照后述的实施例1)。如根据实施例所知，使角度θ在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用Bi的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在20∶1到1∶1的范围内，更优选的是在10∶1到2.5∶1的范围内(参照后述的实施例6)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(Bi层)15的厚度之比优选在100∶1到5∶1的范围内，更优选的是在50∶1到10∶1的范围内(参照后述的实施例7)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于20°小于等于60°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于50°的范围内(参照后述的实施例5)。如根据实施例所知，使角度θ在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用PbTe的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在100∶1到0.4∶1的范围内，更优选的是在40∶1到1∶1的范围内(参照后述的实施例10)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(PbTe层)15的厚度之比优选在1000∶1到10∶1的范围内，更优选的是在400∶1到40∶1的范围内(参照后述的实施例11)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于10°小于等于60°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于50°的范围内(参照后述的实施例9)。如根据实施例所知，将角度θ设置在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用Si_0.8Ge_0.2的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在20∶1到167∶1的范围内，更优选的是在10.∶1到2∶1的范围内(参照后述的实施例14)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(Si_0.8Ge_0.2层)15的厚度之比优选在250∶1到10∶1的范围内，更优选的是在100∶1到25∶1的范围内(参照后述的实施例15)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于10°小于等于50°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于40°的范围内(参照后述的实施例13)。如根据实施例所知，使角度θ在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用CoSi的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在20∶1到1.25∶1的范围内，更优选的是在10∶1到2.5∶1的范围内(参照后述的实施例18)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(CoSi层)15的厚度之比优选在100∶1到6.25∶1的范围内，更优选的是在50∶1到12.5∶1的范围内(参照后述的实施例19)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于20°小于等于50°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于40°的范围内(参照后述的实施例17)。如根据实施例所知，将角度θ取为该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用SrTiO₃的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在20∶1到1.25∶1的范围内，更优选的是在10∶1到2.5∶1的范围内(参照后述的实施例22)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(SrTiO₃层)15的厚度之比优选在250∶1到8∶1的范围内，更优选的是在100∶1到10∶1的范围内(参照后述的实施例23)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于10°小于等于50°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于40°的范围内(参照后述的实施例21)。如根据实施例所知，将角度θ形成为该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在热发电器件100中，在将热电材料层15的材料采用Na_bCoO₂(0.3≤b≤0.8)的情况下，周期x与金属16的厚度之比优选在50∶1到2∶1的范围内，更优选的是在10∶1到5∶1的范围内(参照后述的实施例26)。如根据实施例所知，使周期x与金属16的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，周期x与热电材料层(Na_bCoO₂层)15的厚度之比优选在250∶1到12.5∶1的范围内，更优选的是在100∶1到25∶1的范围内(参照后述的实施例27)。如根据实施例所知，使周期x与热电材料层15的厚度之比在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，在该热发电器件100中，角度θ优选制作成在大于等于20°小于等于50°的范围内，更优选的是在大于等于20°小于等于40°的范围内(参照后述的实施例25)。如根据实施例所知，使角度θ形成在该范围内时的热发电器件100的功率因数(S²/ρ)成为极其实用的值。

另外，热发电器件100的功率因数如果大于等于70(μW/(cm·K²)则特别理想。由此，热发电器件100能够在众多的用途中使用。

如上所述，热发电器件100起到具有高发电性能的效果。在热发电器件100中，根据热发电材料层15的材料，设定周期x与金属的厚度之比、周期x与热发电材料层的厚度之比和角度θ，由此能够大大超过单独使用热发电材料层15的材料时的热电性能。从而，能够提供更实用的热发电器件100。

参照图7A～图7E说明本发明的热发电器件的制作方法的一个例子。图7A是表示本发明实施方式1的热发电器件的制造工序的流程图。另外，图7B～图7E是本发明实施方式1的热发电器件的制造方法的第一～第四工序图。

首先，如图7B所示，准备与金属16同一材质的2片金属平板16a和平板状的热电材料层15，通过将热电材料层15夹在2片金属平板16a之间进行加热和压接，将它们构成为一体，制作3层构造的叠层构造体20a(步骤S1)。接着，如图7C所示，使用刀具等对3层的叠层构造体20a实施槽加工(步骤S2)。通过该槽加工形成的槽部17a是形成绝缘体17的位置。因此，需要考虑槽部17a的周期和相对于叠层构造体20a的角度等实施槽加工。另外，从叠层构造体20a的金属平板16a侧的两个面分别进行槽加工，这时，将两个面中的槽部17a的位置的周期都形成为同一个周期(周期x)。形成在2片金属平板16a的槽部17a配置为相互错开半个周期。另外，槽部17a的深度需要为大于等于金属平板16a的厚度，使得至少完全分断被实施槽加工一侧的金属平板16a。

接着，如图7D所示，在槽部17a形成绝缘体17(步骤S3)。具体地讲，在槽部17a中充填有包含电绝缘体粉末的膏以后，通过热处理等使膏固化，可以在槽部17a中形成绝缘体17。另外，也可以通过将液状的树脂充填在槽部17a以后使其干燥从而形成绝缘体17。由此，制作叠层体20。

接着，如图7E所示，制作第一电极11和第二电极12(步骤S4)。

具体地讲，在叠层体20中，在垂直于长边方向并且相互相对的两个面上，分别设置第一电极11和第二电极12。由此，制作热发电器件100。在第一电极11和第二电极12的制作中，例如，除去蒸镀法、溅射法等气相生长以外，还能够使用导电性膏的涂敷、电镀、喷镀、利用焊料进行的接合等各种方法。

另外，在步骤S1中准备的热电材料层15和金属平板16a也可以不是与叠层体20相同的大小，可以采用仅能够形成多个叠层体20的大小。在这种情况下，在步骤S3后，可以从叠层构造体20a切割出各叠层体20。这种情况下，根据切割位置、方向等，绝缘体17和金属16的叠层方向不同，因此需要以成为所希望的叠层方向的方式进行切割。

另外，热发电器件100的制造方法不限于上述方法，只要是能够实现热发电器件100的构造的制造方法，也可以是除此以外的方法。例如，也可以在长方形的热电材料平板的表面，将成为各金属16的平行四边形的金属平板保持一定的间隔的同时周期性地粘贴，由此制作叠层构造体20a，然后，进行步骤S3和步骤S4。在这种情况下，金属平板之间的一定的间隔与槽部17a相对应。

(实施方式2)

图8是本发明实施方式2的热发电器件的立体图。如图8所示，实施方式2的热发电器件200具有多个叠层体20电串联连接的结构。关于叠层体20的结构和功能等已在实施方式1中说明过，因此省略。

如图8所示，实施方式2的热发电器件200具备：并列设置在同一个面上的多个(4个)叠层体20、用于连接它们的多个(3个)连接电极81、用于从热发电器件200取出电力到外部的2个取出电极82。

4个叠层体20通过连接电极81以电串联的方式连接。并且，在位于该连接体两端部的叠层体20端部中的没有与其它的叠层体20连接一侧的端部设置有取出电极82。

连接电极81和取出电极82只要是具有导电性的材料则没有特别限定。具体地讲，可以采用Cu、Ag、Mo、W、Al、Ti、Cr、Au、Pt、In等金属，或者TiN、铟锡氧化物(ITO)、SnO₂等氮化物或者氧化物。另外，作为连接电极81和取出电极82也能够使用焊料或者导电性膏。连接电极81和取出电极82除使用蒸镀法、溅射法等气相生长法以外，还能够使用电镀、喷镀等各种方法制作。另外，在将叠层体20进行电连接时优选以通过热流产生的各叠层体20的电动势没有被相互抵销的方式连接。如图8所示，相邻的叠层体20优选配置成倾斜构造的倾率相互相反。另外，热发电器件200具有电连接的4个叠层体20并列设置在同一个面上的结构，但也可以在相邻的叠层体20之间例如通过充填树脂，将热发电器件200做成平板状。

在驱动该热发电器件200时，通过使热发电器件200的上表面紧贴高温部，使下表面紧贴低温部，在器件内产生温差，从而产生热流。热发电器件200将上述热流转换成电力，经由取出电极82输出到外部。在热发电器件200中，通过加大热发电器件200中的用于产生热流的实际安装面积，能够得到更大的发电量。另外，所谓实际安装面积，是为了产生在发电中所需要的温度梯度而用于使热从外部进出的区域的面积。具体地讲，是在热发电器件中与高温部或者低温部紧贴的区域的面积。如果实际安装面积大，则由于热发电器件200内的热流也相应变大，因此产生的电动势也大。热发电器件200与热发电器件100相比较由于使用较多个叠层体20，因此实际安装面积大，能够得到更大的发电量。

另外，在图8表示的热发电器件200中使用4个叠层体20，但叠层体20的数量不限于4个，可以是多个。另外，还可以经由连接电极81将多个叠层体20进行电并联连接，由此构成热发电器件。将叠层体20串联连接构成的热发电器件200起到取出电力时的电压大这样的效果，而将叠层体20并联连接构成的热发电器件起到热发电器件整体的内阻小这样的效果。另外，将叠层体20并联连接构成的热发电器件还具有即使电连接发生局部断路，也能够保持作为器件整体的电连接这样的优点。另外，还可以通过将它们串联和并联连接适当组合，构成热发电器件。

如上所述，本发明的热发电器件有出色的发电性能，促进热与电的能量转换的应用，本发明的工业价值很高。本发明的热发电器件例如能够作为使用从汽车或者工厂排出的排出气体等的热量的发电机利用。另外，还能够应用在小型的便携发电机等的用途中。

以下，说明本发明的更具体的实施例。

(实施例1)

制造图1所示的热发电器件100，并测定其性能。在实施例1中，将热电材料层15的材料采用B_i0.5Sb_1.5Te₃。另外，作为金属16，使用Au、Ag、Cu、Al。在第一电极11和第二电极12中使用有Au。由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a，通过在由200mm×5mm×0.2mm的热电材料构成的板材的两面，热压接200mm×5mm×2mm的金属板而得到(参照图7B)。在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，周期性地配置槽部17a，图2图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是20mm。因此，周期x是20mm。另外，形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作完成热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，将另一方在水冷装置(低温部63)中冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。金属16采用铜的热发电器件100的电动势是18.4mV，电阻是0.44mΩ。由此，还可以估计功率因数是457μW/cmK²。同样，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到了表1的结果。

[表1]

[由角度θ(°)引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

从以上的结果判断出热发电器件100，如果金属16是Al以外的金属，当角度θ大于等于20°小于等于50°时，表现出超过200μW/cmK²的出色的热发电器件性能。确认热发电器件100在作为金属16使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16采用Al的情况下，如果角度θ大于等于10°小于等于70°，则也可以得到与使用Bi₂Te₃的π型器件等同或者比其高的性能。

(实施例2)

在与实施例1同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用Bi_1.0Sb_1.0Te₃。角度θ为30°，周期x为20mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.2mm，热发电器件100的外形为长度200mm，高度5mm。金属16采用Cu，使其厚度按照0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、20mm、50mm变化。表2中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比，左右热发电器件100的性能。确认该比值在10∶1附近性能最出色。

[表2]

[由槽的周期x与金属(Cu)的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

同样，表3中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表3所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下也可以得到与金属16采用Cu时同样的趋势。

[表3]

[由槽的周期x与金属(Ag)的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

(实施例3)

在与实施例1同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15的材料采用Bi_1.5Sb_0.5Te₃。角度θ为30°，周期x为20mm。金属16采用Cu，厚度固定为10mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm变化。图4中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Bi_1.5Sb_0.5Te₃层(热电材料层15)的厚度之比，左右热发电器件100的性能。确认该比值在100∶1附近性能最出色。

[表4]

[由金属为Cu时的槽的周期x与热电材料层的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

同样，表5中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表5所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下，也可以得到接近金属16采用Cu时的趋势。

[表5]

[由金属为Ag时的槽的周期x与热电材料层的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

(实施例4)

制造图8表示的热发电器件200，测定其性能。另外，图8中表示的热发电器件200由4个叠层体20构成，但实施例4的热发电器件200通过电串联连接15个叠层体20而构成。除去这一点以外与图8相同，因此以下参照图8。

在实施例4的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用了In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料采用Bi_0.5Sb_1.5Te₃。各叠层体20按照与实施例1同样的制造方法制造。在200mm×5mm×0.2mm的由Bi_0.5Sb_1.5Te₃构成的板材的两个面，热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是20mm。因此周期x是20mm。另外，形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面上并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔加热和加压而形成，并进行叠层体20之间的电连接。使电动势的方向一致地串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值的结果是9mΩ。

评价实施例4的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝(alumina)板通过进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一个面，紧贴作为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃，其结果是，开放端电动势成为0.35V，如果推算功率因数，则可以得到240μW/cmK²这样高的值。从该热发电器件200能够取出最大4.4W的电力(功率)。

(实施例5)

在实施例5中，将热电材料层15的材料采用Bi，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用Au。由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a，通过在由200mm×5mm×0.4mm的热电材料构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的金属板得到(参照图7B)。接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.4mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度为30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此周期x是10mm。形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后，在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作完成热发电器件100(参照图7E)。

对所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。在金属16采用铜的热发电器件100的情况下，电动势是8.7mV，电阻是0.4mΩ。由此，能够推算功率因数是106μW/cmK²。同样地，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到表6的结果。

[表6]

[由角度θ(°)引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

根据以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16采用Al以外，则当角度θ大于等于20°小于等于60°时，表现出作为目前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²以上的、出色的热发电器件特性。确认热发电器件100在作为金属16使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16采用Al的情况下，如果角度θ大于等于20°小于等于50°，则可以得到与使用Bi₂Te₃的π型器件同等程度或者比其高的性能。

(实施例6)

在与实施例5同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用Bi。角度θ为30°，周期x为10mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.4mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。作为金属16采用Cu，使其厚度按照0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、4mm、6mm、10mm、15mm变化。表7中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在5∶1附近性能最出色。

[表7]

同样地，表8中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表8所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下，也可以得到与金属16采用Cu时相同的趋势。

[表8]

[由槽的周期x与金属(Ag)的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

(实施例7)

在与实施例5同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15的材料采用Bi。角度θ为30°，周期x为10mm。金属16采用Cu，厚度固定为2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.04mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mm、2mm、3mm变化。表9中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Bi层(热电材料层15)的厚度之比，左右热发电器件100的性能。确认该比值在25∶1附近性能最出色。

[表9]

同样地，表10中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表10所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下，也可以得到与金属16采用Cu时相同的趋势。

[表10]

[由金属为Ag时的槽的周期x与热电材料层的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

(实施例8)

制造图8表示的热发电器件200，测定其性能。另外，图8中表示的热发电器件200由4个叠层体20构成，但实施例8的热发电器件200通过电串联连接15个叠层体20构成。由于除去这一点以外与图8相同，因此以下参照图8。

在实施例8的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用了In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料采用Bi。各叠层体20按照与实施例5同样的制造方法制造。在200mm×5mm×0.4mm的由Bi构成的板材的两个面，热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.4mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此周期x是10mm。另外，形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面上并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔进行加热和加压而形成，并进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是7mΩ。

评价实施例8的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝板通过进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一个面，贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃的结果是，开放端电动势成为0.2V，如果推算功率因数，可以得到96μW/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大1.4W的电力(功率)。

(实施例9)

在实施例9中，将热电材料层15的材料采用PbTe，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用Au。在由200mm×5mm×0.2mm的热电材料构成的板材的两个面，热压接200mm×5mm×2mm的金属板，由此得到由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。从而，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是20mm。从而周期x是20mm。形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后，在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作完成热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。在将金属16采用铜的热发电器件100的情况下电动势是23.5mV，电阻是1.1mΩ。由此，能够推算功率因数是306μW/cmK²。同样地，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到表11的结果。

[表11]

[由角度θ(°)引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

通过以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16是Al以外的金属，则当角度θ大于等于20°小于等于50°时，表现出作为目前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²的4倍左右或者其以上的、出色的热发电器件特性。确认热发电器件100作为金属16在使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16采用Al的情况下，如果角度θ大于等于10°小于等于60°，则可以得到与使用Bi₂Te₃的π型器件同等程度或者比其高的性能。

(实施例10)

在与实施例5同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用PbTe。角度θ为30°，周期x为20mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。金属16采用Cu，使其厚度按照0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、20mm、50mm变化。表12中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在10∶1附近性能最出色。

[表12]

[由槽的周期x与金属(Cu)的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

同样地，表13中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表13所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下，也可以得到与金属16采用Cu时相同的趋势。

[表13]

(实施例11)

在与实施例9同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15采用PbTe。角度θ为30°，周期x为20mm。金属16采用Cu，厚度固定为5mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.01mm、0.02mm、0.05mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm变化。表14中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与PbTe层(热电材料层15)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在100∶1附近性能最出色。

[表14]

[由金属为Cu时的槽的周期x与热电材料的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

同样地，表15中表示金属16采用Ag时的热发电器件100的功率因数的测定结果。如表15所示，功率因数即使在金属16采用Ag的情况下，也可以得到与金属16采用Cu时相同的趋势。

[表15]

[由金属为Ag时的槽的周期x与热电材料的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

(实施例12)

制造图8表示的热发电器件200，测定其性能。另外，图8中表示的热发电器件200由4个叠层体20构成，但实施例4的热发电器件200通过电串联连接15个叠层体20构成。由于除去这一点以外与图8相同，因此以下参照图8。

在实施例12的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用了In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料为PbTe。各叠层体20按照与实施例9同样的制造方法制造。在200mm×5mm×0.2mm的由PbTe构成的板材的两个面，热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，由此得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是20mm。因此，周期x是20mm。另外，形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔进行加热和加压而形成，并进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是18mΩ。

评价实施例12的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝板通过进行水冷使热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一方面，贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃，其结果是开放端电动势成为0.48V，如果推算功率因数，可以得到230μW/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大3.3W的电力(功率)。

(实施例13)

在实施例13中，将热电材料层15的材料采用Si_0.8Ge_0.2，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用Au。在200mm×5mm×0.2mm的由热电材料构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的金属板，由此得到由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。形成在2片金属平板16a上的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后，在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作完成热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定两电极之间的电动势和电阻。在金属16采用铜的热发电器件100的情况下，电动势是17.7mV，电阻是1.5mΩ。由此，能够推算功率因数是124μW/cmK²。同样地，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到表16的结果。

[表16]

[由倾斜角θ(°)引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

根据以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16是Al以外的金属，则当角度θ大于等于20°小于等于40°时，表现出作为目前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²的3倍左右或者其以上的、出色的热发电器件特性。确认热发电器件100在金属16使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16使用Al的情况下，如果角度θ大于等于10°小于等于50°，则可以得到与使用Bi₂Te₃的π型器件同等程度或者比其高的性能。

(实施例14)

在与实施例13同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用Si_0.8Ge_0.2。角度θ为30°，周期x为10mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。金属16采用Cu，表17中表示使其厚度按照0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、4mm、5mm、6mm、10mm变化的热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在10∶1或者5∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16采用Ag时也可以得到同样的趋势。

[表17]

(实施例15)

在与实施例13同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15为Si_0.8Ge_0.2。角度θ为30°，周期x为10mm。金属16采用Cu，厚度固定为2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.02mm、0.04mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mm、2mm变化。表18中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Si_0.8Ge_0.2层(热电材料层15)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在50∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16采用Ag时也可以得到同样的趋势。

[表18]

(实施例16)

制造图8表示的热发电器件200，测定其性能。另外，图8中表示的热发电器件200由4个叠层体20构成，而实施例4的热发电器件200通过电串联连接15个叠层体20构成。由于除去这一点以外与图8相同，因此以下参照图8。

在实施例16的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料为Si_0.8Ge_0.2。各叠层体20按照与实施例13同样的制造方法制造。在200mm×5mm×0.2mm的由Si_0.8Ge_0.2构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，从而得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。另外，形成在2片金属平板16a上的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔加热和加压而形成，并进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是24mΩ。

评价实施例16的热发电器件200的发电特性。首先，利用由氧化铝板进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一个面，贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃，其结果是开放端电动势成为0.39V，如果推算功率因数，则可以得到112μW/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大1.6W的电力(功率)。

(实施例17)

在实施例17中，热电材料层15的材料采用CoSi，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用Au。在200mm×5mm×0.4mm的由热电材料构成的板材的两面热压接200mm×5mm×2mm的金属板得到由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.4mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后，在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。在金属16采用铜的热发电器件100的情况下，电动势是8.6mV，电阻是0.49mΩ。由此，能够推断功率因数是87μW/cmK²。同样，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到表19的结果。

[表19]

[由倾斜角θ(°)引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

通过以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16是Al以外的金属，则当角度θ大于等于20°小于等于50°时，表现出作为当前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²的2倍左右或其以上的、出色的热发电器件特性。确认了热发电器件100作为金属16在使用了Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16为Al的情况下，如果角度θ大于等于20°小于等于40°，则也可以得到与使用了Bi₂Te₃的π型器件同等或者其以上的性能。

(实施例18)

在与实施例17同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用CoSi。角度θ为30°，周期x为10mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.4mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。金属16采用Cu，表20中表示使其厚度按照0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、4mm、5mm、8mm、10mm变化的热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在5∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表20]

(实施例19)

在与实施例17同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15的材料采用CoSi。角度θ为30°，周期x为10mm。金属16采用Cu，厚度固定为2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.04mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.2mm、1.6mm、2mm变化。表21中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与CoSi层(热电材料层15)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在25∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表21]

[由金属为Cu时的槽的周期x与热电材料的厚度之比引起的器件的功率因数(μW/cmK²)的变化]

(实施例20)

在实施例20的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料采用CoSi。各叠层体20按照与实施例20同样的方法制造。在由200mm×5mm×0.4mm的CoSi构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.4mm并且相对于叠层体的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。另外，形成在2片金属平板16a上的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm的间隔在同一个面上并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔进行加热和加压而形成，进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是7.3mΩ。

评价实施例20的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝板通过进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一个面贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温部保持为40℃，其结果是开放端电动势成为0.20V，如果推算功率因数，则可以得到87W/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大1.4W的电力(功率)。

(实施例21)

在实施例21中，将热电材料层15的材料采用SrTiO₃，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用Au。在200mm×5mm×0.2mm的由热电材料构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的金属板，得到了由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。在金属16采用铜的热发电器件100的情况下，电动势是20.0mV，电阻是1.8mΩ。由此，能够推断功率因数是104μW/cmK²。同样，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到了表22的结果。

[表22]

[由角度θ(°)引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

通过以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16是Al以外的金属，则当角度θ大于等于10°小于等于50°时，表现出作为当前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²的同等以上的、出色的热发电器件特性。确认热发电器件100作为金属16在使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16使用Al的情况下，如果角度θ大于等于20°小于等于40°，则也可以得到与使用了Bi₂Te₃的π型器件同等程度或者比其高的性能。

(实施例22)

在与实施例21同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用SrTiO₃。角度θ为30°，周期x为10mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.2mm，热发电器件100的外形形成为200mm，宽度5mm。金属16为Cu，表23中表示使其厚度按照0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm变化的热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在5∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表23]

(实施例23)

在与实施例21同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15的材料采用SrTiO₃。角度θ为30°，周期x为10mm。金属16采用Cu，厚度固定为2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.02mm、0.04mm、0.1mm、0.2mm、0.8mm、1.2mm、1.6mm、2mm变化。表24中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与SrTiO₃层(热电材料层15)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在50∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表24]

(实施例24)

在实施例24的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料采用SrTiO₃。各叠层体20按照与实施例21同样的方法制造。在200mm×5mm×0.2mm的由SrTiO₃构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，得到叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度2.2mm并且相对于叠层体的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。另外，形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔进行加热和加压而形成，进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是27.5mΩ。

评价实施例24的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝板通过进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一方面贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃，结果是开放端电动势成为0.40V，如果推算功率因数，则可以得到105μW/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大1.5W的电力(功率)。

(实施例25)

在实施例25中，将热电材料层15的材料取为Na_0.5CoO₂，作为金属16使用Au、Ag、Cu、Al，制造了图1表示的热发电器件100。在第一电极11和第二电极12中使用了Au。在200mm×5mm×0.2mm的由热电材料构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×1mm的金属板，得到由热电材料层15和2片金属平板16a构成的叠层构造体20a(参照图7B)。

接着，在叠层构造体20a的金属平板16a部分，从两侧起用立铣刀进行宽度0.5mm、深度1.2mm并且相对于叠层构造体20a的长边的倾斜角度是30°的槽加工(参照图7C)。因此，图2中图示的角度θ是30°。另外，槽部17a周期性地配置，图2中图示的与周期x相对应的槽部17a之间的距离是10mm。因此，周期x是10mm。形成在2片金属平板16a的槽部17a成为相互错开半个周期的配置。然后，在叠层构造体20a的长边的两端，通过溅射法形成由Au构成的电极，制作热发电器件100(参照图7E)。

对于所制作的试样(热发电器件)进行发电性能的评价。如图6所示，用陶瓷加热器(高温部62)将相对于热发电器件100的Y方向垂直的面的一方加热到40℃，用水冷装置(低温部63)将另一方冷却到30℃，测定2个电极之间的电动势和电阻。在将金属16采用铜的热发电器件100的情况下，电动势是10.7mV，电阻是1.3mΩ。由此，能够推断功率因数是99μW/cmK²。同样，使金属16和角度θ变化，测定热发电器件100的性能，得到表25的结果。

[表25]

[由角度θ(°)引起的器件的功率因数(μW/c mK²)的变化]

根据以上的结果判断为，热发电器件100如果金属16是Al以外的金属，则当角度θ大于等于20°小于等于40°时，表现出作为当前正在实用的使用了Bi₂Te₃的π型器件的功率因数的大约40μW/cmK²的2倍左右或者其以上的、出色的热发电器件特性。确认热发电器件100在作为金属16使用Ag或者Cu的情况下，与使用其它金属的情况相比较性能高。另外，在热发电器件100中，即使在金属16采用Al的情况下，如果角度θ大于等于20°小于等于50°，则也可以得到与使用了Bi₂Te₃的π型器件同等程度以上的性能。

(实施例26)

在与实施例25同样地制造的热发电器件100中，使金属16的厚度变化，测定其性能。作为热电材料层15使用Na_0.8CoO₂。角度θ为30°，周期x为10mm。另外，热电材料层15的厚度固定为0.2mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。金属16采用Cu，表26中表示使其厚度按照0.1mm、0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm变化的热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Cu(金属16)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在10∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表26]

(实施例27)

在与实施例25同样地制造的热发电器件100中，使热电材料层15的厚度变化，测定其性能。热电材料层15的材料为Na_0.3CoO₂。角度θ为30°，周期x为10mm。金属16为Cu，厚度固定为1mm，热发电器件100的外形形成为长度200mm，高度5mm。使热电材料层15的厚度按照0.02mm、0.04mm、0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1mm、1.6mm变化。表27中表示热发电器件100的功率因数的测定结果。可知由槽的周期(周期x)与Na_0.3CoO₂层(热电材料层15)的厚度之比左右热发电器件100的性能。确认该比值在50∶1附近性能最出色。另外，虽然没有示出测定结果，但是金属16为Ag时也可以得到同样的趋势。

[表27]

(实施例28)

在实施例28的热发电器件200中，在连接电极81和取出电极82中使用In。在各叠层体20中，金属16采用Cu，热电材料层15的材料采用Na_0.4CoO₂。各叠层体20按照与实施例25同样的方法制造。在200mm×5mm×0.2mm的由Na_0.4CoO₂构成的板材的两个面热压接200mm×5mm×2mm的Cu板，得到叠层构造体20a(参照图7B)。

通过上述的工序，制作总计15个叠层体20。以1mm间隔在同一个面并列设置所制作的15个叠层体20，作为连接电极81和取出电极82，通过对50μm厚的In箔进行加热和加压而形成，进行叠层体20之间的电连接。按照使电动势的方向一致的方式串联连接15个叠层体20。通过在相邻的叠层体20的缝隙和叠层体20的槽部(绝缘体17)中充填树脂，制造大约200mm×80mm×5mm的平板状的热发电器件200。测定该热发电器件200的取出电极82之间的电阻值，其结果是16mΩ。

评价实施例28的热发电器件200的发电特性。首先，利用氧化铝板通过进行水冷将热发电器件200的200mm×80mm的一个面形成为低温部。在热发电器件200的另一个面，贴紧成为高温部的陶瓷加热器。在这样的结构中，将低温部保持为25℃，将高温度保持为40℃，其结果是开放端电动势成为0.28V，如果推算功率因数，则可以得到84μW/cmK²这样的高值。从该热发电器件200能够取出最大1.2W的电力(功率)。

产业上的可利用性

本发明能够使用于进行从热能向电能的转换的热发电器件中。

Claims

1.一种热发电器件，其特征在于，具备：

相互相对配置的第一电极和第二电极；以及

叠层体，其夹在所述第一电极和所述第二电极之间，与所述第一电极和所述第二电极的双方电连接，在与作为所述第一电极和所述第二电极相对的方向的电动势取出方向正交的方向上叠层，

所述叠层体具有热电材料层和以夹着所述热电材料层的方式配置的第一夹持层和第二夹持层，

所述第一夹持层和所述第二夹持层分别具有金属和绝缘体交替叠层的叠层构造，该叠层构造的叠层方向与所述叠层体的叠层面平行，并且是相对于所述电动势取出方向倾斜的方向，

所述第一夹持层的绝缘体与所述第二夹持层的绝缘体按照在该叠层构造的叠层方向上交替出现的方式配置，

通过在与所述叠层体的叠层方向正交并且与所述电动势取出方向正交的方向上产生温差，经所述第一电极和所述第二电极输出电力。

2.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述第一夹持层和所述第二夹持层都具有周期性的所述叠层构造，

所述第一夹持层和所述第二夹持层中的绝缘体的叠层周期相同，

所述第一夹持层和所述第二夹持层的绝缘体在其叠层方向上实质上相互错开半个周期进行配置。

3.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述热电材料层为Si_0.8Ge_0.2层。

4.根据权利要求3所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于10°小于等于50°。

5.根据权利要求4所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于20°小于等于40°。

6.根据权利要求3所述的热发电器件，其特征在于：

所述第一夹持层和所述第二夹持层的绝缘体在其叠层方向上实质上相互错开半个周期进行配置，

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在20∶1到1.67∶1的范围内。

7.根据权利要求6所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在10∶1到2∶1的范围内。

8.根据权利要求3所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在250∶1到10∶1的范围内。

9.根据权利要求8所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在100∶1到25∶1的范围内。

10.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述热电材料层是Bi_2-aSbTe₃层，其中，0≤a≤2。

11.根据权利要求10所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于10°小于等于70°。

12.根据权利要求11所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于20°小于等于50°。

13.根据权利要求10所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在100∶1到0.4∶1的范围内。

14.根据权利要求13所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在40∶1到1∶1的范围内。

15.根据权利要求10所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在1000∶1到20∶1的范围内。

16.根据权利要求15所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在400∶1到100∶1的范围内。

17.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述热电材料层是Bi层。

18.根据权利要求17所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于20°小于等于60°。

19.根据权利要求18所述的热发电器件，其特征在于：

20.根据权利要求17所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在20∶1到1∶1的范围内。

21.根据权利要求20所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述金属的厚度之比在10∶1到2.5∶1的范围内。

22.根据权利要求17所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在100∶1到5∶1的范围内。

23.根据权利要求22所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在50∶1到10∶1的范围内。

24.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述热电材料层是PbTe层。

25.根据权利要求24所述的热发电器件，其特征在于：

所述叠层体的叠层面和所述叠层构造的叠层面的交线方向与所述电动势取出方向形成的角度大于等于10°小于等于60°。

26.根据权利要求25所述的热发电器件，其特征在于：

27.根据权利要求24所述的热发电器件，其特征在于：

28.根据权利要求27所述的热发电器件，其特征在于：

29.根据权利要求24所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在1000∶1到10∶1的范围内。

30.根据权利要求29所述的热发电器件，其特征在于：

所述绝缘体的叠层周期与在所述叠层体的叠层方向上的所述热电材料层的厚度之比在400∶1到40∶1的范围内。

31.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述金属为Cu、Ag或Au。

32.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

所述金属为Al。

33.根据权利要求1所述的热发电器件，其特征在于：

功率因数大于等于70μW/(cm·K²)。

34.一种发电方法，其为使热发电器件中产生温差从而从所述热发电器件获得电力的、使用热发电器件的发电方法，其特征在于：

所述热发电器件具备：

相互相对配置的第一电极和第二电极；以及

所述第一夹持层的绝缘体与所述第二夹持层的绝缘体按照在所述叠层方向上交替出现的方式配置，

通过在与所述叠层体的叠层方向正交并且与所述电动势取出方向正交的方向上产生温差，经所述第一电极和所述第二电极获得电力。