CN117981497A - 发电元件的制造方法、发电元件、发电装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
[课题]提供能谋求发电量的稳定化的发电元件的制造方法、发电元件、发电装置以及电子设备。[解决方案]一种在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件的制造方法，其特征在于，具备：第一电极形成工序，形成第一电极(11)；中间部形成工序，在该第一电极(11)上形成包括固体的绝缘层的中间部(14)；和第二电极形成工序，在该绝缘层上形成第二电极(12)，其中，该第二电极(12)具有与该第一电极(11)的功函数不同的功函数，该中间部(14)包括以分散的状态固定于该绝缘层的纳米粒子。
Description
技术领域
本发明涉及在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件的制造方法、发电元件、发电装置以及电子设备。
背景技术
近年来，利用热能生成电能的发电元件的开发正在盛行。特别是，关于不需要电极间的温度差的发电元件，例如提出了专利文献1所公开的发电元件等。与利用施加于电极间的温度差来生成电能的结构相比，这样的发电元件被期待用于各种用途。
在专利文献1中，公开了发电元件的制造方法等，其具备：生成工序，使用飞秒脉冲激光来生成分散于溶剂或有机溶剂的纳米粒子；第一电极部形成工序，在第一基板形成第一电极部；第二电极部形成工序，在第二基板形成第二电极部；和接合工序，在所述第一电极部和所述第二电极部之间隔着所述溶剂或所述有机溶剂的状态下对所述第一基板和所述第二基板进行接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6781437号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在此，如专利文献1所公开的发电元件那样，在电极间设置了分散有纳米粒子的溶剂的情况下，随着时间的经过，纳米粒子可能会偏聚于一方的电极侧。因此，可能存在如下的顾虑：电极间的电子的迁移量会减少，有可能无法获得稳定的发电量。
因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能谋求发电量的稳定化的发电元件的制造方法、发电元件、发电装置以及电子设备。
用于解决问题的方案
第一发明的发电元件的制造方法是在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件的制造方法，其特征在于，具备：第一电极形成工序，形成第一电极；中间部形成工序，在所述第一电极上形成包括固体的绝缘层的中间部；和第二电极形成工序，在所述绝缘层上形成第二电极，其中，该第二电极具有与所述第一电极的功函数不同的功函数，所述中间部包括以分散的状态固定于所述绝缘层的纳米粒子。
第二发明的发电元件的制造方法的特征在于，在第一发明中，在所述第二电极形成工序之后，还具备：密封件形成工序，形成与所述第一电极、所述中间部以及所述第二电极相接的密封件。
第三发明的发电元件的制造方法的特征在于，在第一发明中，在所述第二电极形成工序中，在减压环境下在所述绝缘层的表面形成所述第二电极，所述第一电极的功函数比所述第二电极的功函数高。
第四发明的发电元件的制造方法的特征在于，在第一发明中，所述第二电极形成工序包括：使预先设于基板上的所述第二电极的表面与所述绝缘层的表面抵接。
第五发明的发电元件的制造方法的特征在于，在第一发明中，所述绝缘层包含有机高分子化合物。
第六发明的发电元件是在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件，其特征在于，具备：第一电极；中间部，设于所述第一电极上，包括固体的绝缘层；和第二电极，设于所述绝缘层上，该第二电极具有与所述第一电极的功函数不同的功函数，所述中间部包括以分散于所述绝缘层的状态固定的纳米粒子。
第七发明的发电元件的特征在于，在第六发明中，所述纳米粒子包含除磁性体以外的金属氧化物。
第八发明的发电装置的特征在于，具备：第六发明中的发电元件；第一布线，与所述第一电极电连接；和第二布线，与所述第二电极电连接。
第九发明的电子设备的特征在于，具备：第六发明中的发电元件；和电子部件，将所述发电元件用作电源来进行驱动。
发明效果
根据第一发明～第五发明，中间部形成工序中，在第一电极上形成包括固体的绝缘层的中间部，中间部包括以分散的状态固定于绝缘层的纳米粒子。即，会抑制电极间的纳米粒子的迁移。因此，能抑制纳米粒子随着时间的经过而偏聚于一方的电极侧，能抑制电子的迁移量减少。由此，能谋求发电量的稳定化。
此外，根据第一发明～第五发明，在中间部形成工序中，在第一电极上形成包括固体的绝缘层的中间部。此外，在第二电极形成工序中，在绝缘层上形成第二电极，其中，该第二电极具有与第一电极的功函数不同的功函数。因此，与使用溶剂等来代替绝缘层的情况相比，不需要设置用于维持电极间的距离(间隙)的支承部等，能消除由支承部的形成精度引起的间隙的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
特别是，根据第二发明，在第二电极形成工序之后，在密封件形成工序中，形成与第一电极、中间部以及第二电极相接的密封件。因此，能抑制由外部环境引起的绝缘层和纳米粒子的劣化。由此，能谋求耐久性的提高。
特别是，根据第三发明，第二电极形成工序中，在减压环境下在绝缘层的表面形成第二电极。因此，能抑制第二电极的功函数的变动。由此，能谋求发电量的进一步稳定化。
特别是，根据第四发明，第二电极形成工序包括使预先设于基板上的第二电极的表面与绝缘层的表面抵接。因此，与在绝缘层的表面直接形成第二电极的情况相比，能抑制由绝缘层的表面状态引起的第二电极的表面状态的偏差。由此，能谋求发电量的提高。
特别是，根据第五发明，绝缘层包含有机高分子化合物。因此，能柔性地形成绝缘层。由此，能形成具有与用途相应的形状的发电元件。
根据第六发明、第七发明，中间部设于第一电极上，包括固体的绝缘层和以分散的状态固定于绝缘层的纳米粒子。即，会抑制电极间的纳米粒子的迁移。因此，能抑制纳米粒子随着时间的经过而偏聚于一方的电极侧，能抑制电子的迁移量减少。由此，能谋求发电量的稳定化。
此外，根据第六发明、第七发明，中间部设于第一电极上，包括固体的绝缘层。此外，第二电极设于绝缘层上，具有与第一电极的功函数不同的功函数。因此，与使用溶剂等来代替绝缘层的情况相比，不需要设置用于维持电极间的距离(间隙)的支承部等，能消除由支承部等的形成精度引起的间隙的偏差。由此，能谋求发电量的提高。
特别是，根据第七发明，纳米粒子包含除磁性体以外的金属氧化物。因此，能不受由外部环境引起的磁场的影响地抑制发电量伴随时间的经过而降低。
特别是，根据第八发明，发电装置具备第六发明中的发电元件。因此，能实现谋求发电量的稳定化的发电装置。
特别是，根据第九发明，电子设备具备第六发明中的发电元件。因此，能实现谋求发电量的稳定化的电子设备。
附图说明
图1的(a)是表示第一实施方式中的发电元件和发电装置的一个例子的示意剖视图，图1的(b)是沿图1的(a)中的A-A的示意剖视图。
图2是表示中间部的一个例子的示意剖视图。
图3是表示第一实施方式中的发电元件的制造方法的一个例子的流程图。
图4的(a)～图4的(d)是表示第一实施方式中的发电元件的制造方法的一个例子的示意剖视图。
图5的(a)是表示第一实施方式中的发电元件和发电装置的第一变形例的示意剖视图，图5的(b)是表示第一实施方式中的发电元件和发电装置的第二变形例的示意剖视图。
图6的(a)～图6的(d)是表示具备发电元件的电子设备的例子的示意框图，图6的(e)～图6的(h)是表示具备包括发电元件的发电装置的电子设备的例子的示意框图。
具体实施方式
以下，参照附图对作为本发明的实施方式的发电元件的制造方法、发电元件、发电装置以及电子设备的一个例子进行说明。需要说明的是，在各图中，将各电极多层叠的高度方向设为第一方向Z，将与第一方向Z交叉例如正交的一个平面方向设为第二方向X，将分别与第一方向Z和第二方向X交叉例如正交的另一个平面方向设为第三方向Y。此外，各图中的结构是为了说明而示意性地记载的，例如各结构的大小、每个结构中的大小的对比等也可以与图不同。
(实施方式：发电元件1、发电装置100)
图1是表示本实施方式中的发电元件1和发电装置100的一个例子的示意图。图1的(a)是表示本实施方式中的发电元件1和发电装置100的一个例子的示意剖视图，图1的(b)是沿图1的(a)中的A-A的示意剖视图。
(发电装置100)
如图1的(a)所示，发电装置100具备发电元件1、第一布线101以及第二布线102。发电元件1将热能转换为电能。具备这样的发电元件1的发电装置100例如搭载或设置于未图示的热源，将以热源的热能为基础从发电元件1产生的电能经由第一布线101和第二布线102向负载R输出。负载R的一端与第一布线101电连接，负载R的另一端与第二布线102电连接。负载R例如表示电气设备。负载R例如将发电装置100用作主电源或辅助电源来进行驱动。
作为发电元件1的热源，例如可以举出CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等电子器件或电子部件、LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件、汽车等的发动机、工厂的生产设施、人体、太阳光以及环境温度等。例如，电子器件、电子部件、发光元件、发动机以及生产设施等是人造热源。人体、太阳光以及环境温度等是自然热源。具备发电元件1的发电装置100例如能设于IoT(Internet of Things：物联网)器件和可穿戴设备等移动设备或独立式传感器终端的内部，能作为电池的代替或辅助使用。而且，发电装置100也可以应用于太阳能发电等那样的更大型的发电装置。
(发电元件1)
发电元件1例如将上述人造热源所发出的热能或上述自然热源所具有的热能转换为电能，生成电流。发电元件1可以设于发电装置100内，除此之外，还可以将发电元件1自身设于上述移动设备、上述独立式传感器终端等的内部。在该情况下，发电元件1自身可以成为上述移动设备或上述独立式传感器终端等的电池的代替部件或辅助部件。
例如，如图1的(a)所示，发电元件1具备第一电极11、第二电极12以及中间部14。发电元件1例如还可以具备第一基板15和第二基板16中的至少任一个。
第一电极11和第二电极12以相互对置的方式设置。第一电极11和第二电极12分别具有不同的功函数。例如，如图2所示，中间部14设于包括第一电极11和第二电极12之间(间隙G)的空间140。
中间部14包括纳米粒子141和固体的绝缘层142。纳米粒子141以分散的状态固定于绝缘层142。在该情况下，会抑制间隙G中的纳米粒子141的迁移。因此，能抑制纳米粒子141随着时间的经过而偏聚于一方的电极11、电极12侧，能抑制电子的迁移量减少。由此，能谋求发电量的稳定化。
中间部14设于第一电极11上。此外，第二电极12设于绝缘层142上。在此，在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件1中，抑制沿第二方向X和第三方向Y的面上的间隙G的偏差，由此能谋求发电量的增加。关于这一点，在使用溶剂等液体作为中间部的情况下，需要设置用于维持间隙G的支承部等。但是，随着支承部等的形成，可能会增大上述间隙G的偏差。与此相对，在本实施方式中的发电元件1中，第二电极12设于绝缘层142上，因此不需要设置用于维持间隙G的支承部等，能消除由支承部等的形成精度引起的间隙的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
此外，在设置用于维持间隙的支承部等的情况下，可能存在如下的顾虑：纳米粒子141与支承部接触并凝聚于支承部周边。与此相对，在本实施方式中的发电元件1中，能排除纳米粒子141因支承部而凝聚的状态。由此，能维持稳定的发电量。
以下，对各结构的详情进行说明。
<第一电极11、第二电极12>
例如，如图1的(a)所示，第一电极11和第二电极12在第一方向Z上分开。例如，也可以是，各电极11、12在第二方向X和第三方向Y上延伸，设置多个。例如，也可以是，一个第二电极12在不同的位置分别与多个第一电极11对置设置。此外，例如也可以是，一个第一电极11在不同的位置分别与多个第二电极12对置设置。
作为第一电极11和第二电极12的材料，使用具有导电性的材料。作为第一电极11和第二电极12的材料，例如分别使用具有不同的功函数的材料。需要说明的是，各电极11、12也可以使用相同的材料，在该情况下，各电极11、12分别具有不同的功函数即可。
作为各电极11、12的材料，可以使用例如铁、铝、铜等由单一元素构成的材料，除此之外，还可以使用例如由两种以上的元素构成的合金材料。作为各电极11、12的材料，例如也可以使用非金属导电物。作为非金属导电物的例子，可以举出硅(Si：例如p型Si或n型Si)和石墨烯等碳系材料等。
第一电极11和第二电极12的沿第一方向Z的厚度例如为4nm以上且1μm以下。第一电极11和第二电极12的沿第一方向Z的厚度例如也可以为4nm以上且50nm以下。
表示第一电极11和第二电极12之间的距离的间隙G可以通过改变绝缘层142的厚度来任意设定。例如通过使间隙G变窄，能增大在各电极11、12之间产生的电场，因此能增加发电元件1的发电量。此外，例如通过使间隙G变窄，能使发电元件1的沿第一方向Z的厚度变薄。
间隙G例如为500μm以下的有限值。间隙G例如为10nm以上且1μm以下。例如，在间隙G为200nm以下的情况下，可能会导致由沿第二方向X和第三方向Y的面上的间隙G的偏差引起的发电量的降低。此外，在间隙G大于1μm的情况下，在各电极11、12之间产生的电场可能会变弱。因此，间隙G优选大于200nm且为1μm以下。
<中间部14>
例如，如图1的(b)所示，中间部14在沿第二方向X和第三方向Y的平面中延伸。中间部14设置在形成于各电极11、12之间的空间140内。中间部14可以与各电极11、12的相互对置的主面相接，除此之外，例如还可以与各电极11、12的侧面相接。
纳米粒子141分散于绝缘层142，例如，纳米粒子141的一部分也可以从绝缘层142露出。纳米粒子141的粒径例如小于间隙G。纳米粒子141的粒径例如设为间隙G的1/10以下的有限值。若将纳米粒子141的粒径设为间隙G的1/10以下，则容易在空间140内形成包括纳米粒子141的中间部14。由此，在生成发电元件1时，能提高作业性。
在此，“纳米粒子”表示包括多个粒子。纳米粒子141例如包括具有2nm以上且100nm以下的粒径的粒子。纳米粒子141例如也可以包括具有中值粒径(中位径：D50)为3nm以上且8nm以下的粒径的粒子，此外，纳米粒子141例如也可以包括具有平均粒径为3nm以上且8nm以下的粒径的粒子。中值粒径或平均粒径例如可以通过使用粒度分布测量仪来测定。作为粒度分布测量仪，例如使用利用了动态光散射法的粒度分布测量仪(例如马尔文帕纳科(Malvern Panalytical)制Zetasizer-Ultra等)即可。
纳米粒子141例如包含导电物，根据用途使用任意的材料。纳米粒子141可以包含一种材料，除此之外，还可以根据用途包含多种材料。纳米粒子141的功函数的值例如位于第一电极11的功函数的值与第二电极12的功函数的值之间，此外，纳米粒子141的功函数的值例如也可以是第一电极11的功函数的值与第二电极12的功函数的值之间以外的值，是任意的。
纳米粒子141例如包含金属。作为纳米粒子141，可以使用例如金、银等含有一种材料的粒子，除此之外，还可以使用例如含有两种以上材料的合金的粒子。
纳米粒子141例如包含金属氧化物。作为包含金属氧化物的纳米粒子141，例如使用选自如下由金属和Si构成的组中的至少任一元素的金属氧化物：氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3、Fe2O5)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y2O3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钨(WO3)、氧化铅(PbO)、氧化铋(Bi2O3)、二氧化铈(CeO2)、氧化锑(Sb2O5、Sb2O3)等。纳米粒子141例如可以包含电介质。
纳米粒子141例如也可以包含除磁性体以外的金属氧化物。例如，在纳米粒子141包含表示磁性体的金属氧化物的情况下，通过因发电元件1的设置环境而产生的磁场，会限制纳米粒子141的迁移。因此，通过纳米粒子141包含除磁性体以外的金属氧化物，能不受由外部环境引起的磁场的影响地抑制发电量随着时间的经过而降低。
纳米粒子141例如在表面包括覆膜141a。覆膜141a的厚度例如是20nm以下的有限值。通过在纳米粒子141的表面设置这样的覆膜141a，例如能抑制分散于绝缘层142时的凝聚。此外，例如能提高电子利用隧道效应等在第一电极11与纳米粒子141之间、多个纳米粒子141之间以及第二电极12与纳米粒子141之间迁移的可能性。
作为覆膜141a，例如使用具有硫醇基或二硫基的材料。作为具有硫醇基的材料，例如使用十二烷硫醇等烷烃硫醇。作为具有二硫基的材料，例如使用烷烃二硫化物等。
绝缘层142设于各电极11、12之间，例如与各电极11、12相接。绝缘层142的厚度例如是500μm以下的有限值。绝缘层142的厚度影响上述间隙G的值、偏差。因此，例如在绝缘层142的厚度为200nm以下的情况下，可能会导致由沿第二方向X和第三方向Y的面上的间隙G的偏差引起的发电量的降低。此外，在绝缘层142的厚度大于1μm的情况下，在各电极11、12之间产生的电场可能会变弱。因此，绝缘层142的厚度优选大于200nm且为1μm以下。
绝缘层142例如包含一种材料，除此之外也可以根据用途包含多种材料。绝缘层142例如也可以包括包含不同材料的多个层，并包括将各层层叠而得到的结构。当绝缘层142包括多个层时，各层中例如也可以分别分散有包含不同材料的纳米粒子141。
绝缘层142具有绝缘性。用于绝缘层142的材料为能将纳米粒子141以分散的状态固定的绝缘性材料即可，是任意的，但优选有机高分子化合物。在绝缘层142包含有机高分子化合物的情况下，能柔性地形成绝缘层142，因此能形成具有与弯曲、折曲等用途相应的形状的发电元件1。
作为有机高分子化合物，可以使用聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、自由基聚合系光或热固性树脂、光阳离子聚合系光或热固性树脂、或环氧树脂、含有丙烯腈成分的共聚物、聚乙烯基苯酚、聚乙烯醇、聚苯乙烯、酚醛清漆树脂、聚偏氟乙烯等。
需要说明的是，例如也可以使用无机物质来作为绝缘层142。作为无机物质，例如可以举出沸石、硅藻土等多孔无机物质，除此之外还可以举出笼状分子等。
<第一基板15、第二基板16>
例如，如图1的(a)所示，第一基板15和第二基板16隔着各电极11、12和中间部14，在第一方向Z上分开设置。第一基板15例如与第一电极11相接，与第二电极12分开。第一基板15固定第一电极11。第二基板16与第二电极12相接，与第一电极11分开。第二基板16固定第二电极12。
各基板15、16的沿第一方向Z的厚度例如为10μm以上且2mm以下。各基板15、16的厚度可以任意设定。各基板15、16的形状可以是例如正方形、长方形等四边形，除此之外，还可以是圆盘状等，可以根据用途任意设定。
作为各基板15、16，例如可以使用具有绝缘性的板状部件，例如可以使用硅、石英、派热克斯玻璃(pyrex)(注册商标)等众所周知的部件。各基板15、16可以使用例如膜状的部件，也可以使用例如PET(polyethylene terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(polycarbonate：聚碳酸酯)以及聚酰亚胺等众所周知的膜状部件。
作为各基板15、16，例如可以使用具有导电性的部件，例如可以举出铁、铝、铜、或铝和铜的合金等。此外，作为各基板15、16，可以使用例如Si、GaN等具有导电性的半导体，除此之外，还可以使用导电性高分子等部件。在各基板15、16使用具有导电性的部件的情况下，不需要用于与各电极11、12连接的布线。
例如，在第一基板15为半导体的情况下，第一基板15也可以具有与第一电极11相接的缩退部。在该情况下，与不具有缩退部的情况相比，能减少第一电极11与第一基板15之间的接触电阻。此外，第一基板15也可以在不同于与第一电极11相接的面的表面具有缩退部。在该情况下，能减少与电连接到第一基板15的布线(例如第一布线101)的接触电阻。
例如在使用多个图1的(a)所示的发电元件1进行层叠的情况下，也可以使用半导体来作为第一基板15和第二基板16。在该情况下，通过在随着各发电元件1的层叠而相接的各基板15、16的接触面设置缩退部，能减少接触电阻。
上述缩退部例如通过将n型掺杂剂以高浓度离子注入半导体、或将包含n型掺杂剂的玻璃等材料涂覆于半导体并在涂覆后进行热处理来生成。
需要说明的是，作为掺杂于半导体的第一基板15的杂质，如果是n型则可以举出P、As、Sb等众所周知的杂质，如果是p型则可以举出B、Ba、Al等众所周知的杂质。此外，若缩退部的杂质的浓度例如为1×1019个离子/cm3，则能高效地放出电子。
例如，在第一基板15为半导体的情况下，第一基板15的电阻率值例如为1×10-6Ω·cm以上且1×106Ω·cm以下即可。若第一基板15的电阻率值低于1×10-6Ω·cm，则难以选定材料。此外，若第一基板15的电阻率值大于1×106Ω·cm，则电流的损耗有可能增大。
需要说明的是，在上述内容中，对第一基板15为半导体的情况进行了说明，但第二基板16也可以是半导体。在该情况下，由于与上述内容相同，因此省略其说明。
需要说明的是，发电元件1例如可以如图5的(a)所示仅具备第一基板15，除此之外还可以仅具备第二基板16。此外，发电元件1例如可以如图5的(b)所示表示不具备各基板15、16而按第一电极11、中间部14以及第二电极12的顺序层叠多个而成的层叠结构(例如1a、1b、1c等)，除此之外例如还可以表示具备各基板15、16中的至少任一个的层叠结构。
<发电元件1的动作例>
例如，当热能被施加给发电元件1时，在第一电极11和第二电极12之间产生电流，热能被转换为电能。在第一电极11和第二电极12之间产生的电流量不仅取决于热能，还取决于第二电极12的功函数与第一电极11的功函数之差。
例如通过增大第一电极11与第二电极12的功函数差以及减小间隙G，能增加所产生的电流量。例如，通过考虑增大上述功函数差和减小上述间隙G中的至少任一个，能使发电元件1所产生的电能的量增加。此外，通过在各电极11、12之间设置纳米粒子141，能使在各电极11、12之间迁移的电子的量增大，能带来电流量的增加。
需要说明的是，“功函数”表示为了将位于固体内的电子取出到真空中所需要的最小限度的能量。功函数例如可以使用紫外光电子能谱法(UPS：Ultraviolet PhotoelectronSpectroscopy)、X射线光电子能谱法(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)或俄歇电子能谱法(AES：Auger Electron Spectroscopy)来测定。
(实施方式：发电元件1的制造方法)
接着，对本实施方式中的发电元件1的制造方法的一个例子进行说明。图3是表示本实施方式中的发电元件1的制造方法的一个例子的流程图。
发电元件1的制造方法具备第一电极形成工序S110、中间部形成工序S120以及第二电极形成工序S130，例如还可以具备密封件形成工序S140。
<第一电极形成工序S110>
在第一电极形成工序S110中，形成第一电极11。例如，如图4的(a)所示，在第一电极形成工序S110中，在第一基板15上形成第一电极11。第一电极11通过例如减压环境下的溅射法或真空蒸镀法形成，除此之外，可以使用众所周知的电极形成技术形成。需要说明的是，在第一电极形成工序S110中，例如也可以通过将拉伸后的电极材料加工成任意的大小形成第一电极11，来代替通过第一基板15形成第一电极11。在该情况下，也可以不使用第一基板15。
在第一电极形成工序S110中，例如也可以在第一基板15上形成第一电极11。例如在使用膜状的部件作为第一基板15的情况下，能将第一电极11涂布在第一基板15上，并将第一基板15和第一电极11卷绕成卷状。然后，例如也可以在后述的中间部形成工序S120、第二电极形成工序S130以及密封件形成工序S140中的至少任一个的前后，将其切割成与用途相应的面积。
<中间部形成工序S120>
例如，如图4的(b)所示，在中间部形成工序S120中，在第一电极11上形成包括固体的绝缘层142的中间部14。在中间部形成工序S120中，例如将分散有纳米粒子141的绝缘材料涂布在第一电极11的表面，并使绝缘材料固化，由此形成绝缘层142。由此，形成包括分散有纳米粒子141的固体的绝缘层142的中间部14。
在中间部形成工序S120中，例如通过丝网印刷法、旋涂法等众所周知的涂布技术来在第一电极11的表面涂布绝缘材料。涂布绝缘材料的膜厚可以根据上述间隙G的设计而任意设定。
作为绝缘材料，使用环氧树脂等那样的众所周知的具有绝缘性的高分子材料。作为绝缘材料，除了使用热固性树脂以外，例如还使用紫外线固化树脂。在中间部形成工序S120中，也可以根据绝缘材料的特性对所涂布的绝缘材料进行加热、UV照射等来形成绝缘层142。
在中间部形成工序S120中，例如也可以向任意的无机物质材料中混入纳米粒子材料，并对其实施激光照射。由此，形成分散在绝缘层142内的纳米粒子141，形成中间部14。
<第二电极形成工序S130>
例如，如图4的(c)所示，在第二电极形成工序S130中，在绝缘层142上形成第二电极12。第二电极12例如使用具有比第一电极11的功函数低的功函数的材料来形成。第二电极12例如使用纳米压印法等众所周知的电极形成技术来形成。
在第二电极形成工序S130中，例如通过溅射法或真空蒸镀法在减压环境下形成于绝缘层142的表面。在该情况下，在形成了第二电极12的时间点，第二电极12的主面与绝缘层142相接而不会曝露于大气等。因此，能抑制第二电极12的功函数的变动。由此，能谋求发电量的进一步稳定化。
在第二电极形成工序S130中，例如也可以通过使预先设于第二基板16上的第二电极12的表面与绝缘层142的表面抵接来形成第二电极12。在该情况下，与直接在绝缘层142的表面形成第二电极12的情况相比，能抑制由绝缘层142的表面状态引起的第二电极12的表面状态的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
例如在使用膜状的部件作为第二基板16的情况下，可以通过准备涂布了第二电极12的第二基板16来实现，例如也可以在将第二基板16和第二电极12卷绕成卷状的状态下进行准备。然后，例如也可以在后述的密封件形成工序S140的前后，将其切割成与用途相应的面积。
需要说明的是，在第二电极形成工序S130中，例如也可以在绝缘层142上形成第二电极12之后，对中间部14和第二电极12进行加热。中间部14和第二电极12的加热例如可以代替中间部形成工序S120中的加热而实施，也可以在中间部形成工序S120中的加热的基础上实施。在该情况下，绝缘层142中的与第二电极12相接的表面容易平坦化。因此，能抑制在绝缘层142与第二电极12之间产生微小的空隙。由此，能谋求发电量的增加。
<密封件形成工序S140>
例如，也可以在第二电极形成工序S130之后实施密封件形成工序S140。例如，如图4的(d)所示，在密封件形成工序S140中，形成与第一电极11、中间部14和第二电极12相接的密封件17。密封件17使用纳米压印法等众所周知的技术来形成。
作为密封件17，使用绝缘性材料，例如使用氟系绝缘性树脂等众所周知的绝缘性树脂。通过形成密封件17，能抑制由外部环境引起的绝缘层142和纳米粒子141的劣化。由此，能谋求耐久性的提高。
特别是，在以覆盖中间部14的方式形成密封件17的情况下，中间部14不会暴露于外部，因此能谋求耐久性的进一步提高。
通过实施上述各工序，形成本实施方式中的发电元件1。需要说明的是，例如也可以在第二电极12上形成图1的(a)所示的第二基板16。此外，例如通过形成各布线101、102等，形成本实施方式中的发电装置100。
根据本实施方式，在中间部形成工序S120中，在第一电极11上形成包括固体的绝缘层142的中间部14，中间部14包括以分散的状态固定于绝缘层142的纳米粒子141。即，会抑制电极间(第一电极11、第二电极12)的纳米粒子141的迁移。因此，能抑制纳米粒子141随着时间的经过而偏聚于一方的电极侧，能抑制电子的迁移量减少。由此，能谋求发电量的稳定化。
此外，根据本实施方式，在中间部形成工序S120中，在第一电极11上形成包括固体的绝缘层142的中间部14。此外，在第二电极形成工序S130中，在绝缘层142上形成具有与第一电极11的功函数不同的功函数的第二电极12。因此，与使用溶剂等来代替绝缘层142的情况相比，不需要设置用于维持电极间的距离(间隙G)的支承部等，能消除由支承部的形成精度引起的间隙G的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
此外，根据本实施方式，在第二电极形成工序S130之后，在密封件形成工序S140中，形成与第一电极11、中间部14以及第二电极12相接的密封件17。因此，能抑制由外部环境引起的绝缘层142和纳米粒子141的劣化。由此，能谋求耐久性的提高。
此外，根据本实施方式，在第二电极形成工序S130中，在减压环境下在绝缘层142的表面形成第二电极12。因此，能抑制第二电极12的功函数的变动。由此，能谋求发电量的进一步稳定化。
此外，根据本实施方式，第二电极形成工序S130包括：使预先设于第二基板16上的第二电极12的表面与绝缘层142的表面抵接。因此，与直接在绝缘层142的表面形成第二电极12的情况相比，能抑制由绝缘层142的表面状态引起的第二电极12的表面状态的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
此外，根据本实施方式，绝缘层142包含有机高分子化合物。因此，能柔性地形成绝缘层142。由此，能形成具有与用途相应的形状的发电元件1。
此外，根据本实施方式，中间部14设于第一电极11上，包括固体的绝缘层142和以分散的状态固定于绝缘层142的纳米粒子141。即，会抑制电极间(第一电极11、第二电极12)的纳米粒子141的迁移。因此，能抑制纳米粒子141随着时间的经过而偏聚于一方的电极侧，能抑制电子的迁移量减少。由此，能谋求发电量的稳定化。
此外，根据本实施方式，中间部14设于第一电极11上，包括固体的绝缘层142。此外，第二电极12设于绝缘层142上，具有与第一电极11的功函数不同的功函数。因此，与使用溶剂等来代替绝缘层142的情况相比，不需要设置用于维持电极间的距离(间隙G)的支承部等，能消除由支承部等的形成精度引起的间隙G的偏差。由此，能谋求发电量的增加。
此外，根据本实施方式，纳米粒子141包含除磁性体以外的金属氧化物。因此，能不受由外部环境引起的磁场的影响地抑制发电量随着时间的经过而降低。
(实施方式：电子设备500)
<电子设备500>
上述发电元件1和发电装置100例如可以搭载于电子设备。以下，对电子设备的几个实施方式进行说明。
图6的(a)～图6的(d)是表示具备发电元件1的电子设备500的例子的示意框图。图6的(e)～图6的(h)是表示具备包括发电元件1的发电装置100的电子设备500的例子的示意框图。
如图6的(a)所示，电子设备500(电子产品)包括电子部件501(电子元器件)、主电源502以及辅助电源503。电子设备500和电子部件501分别是电气设备(电子器件)。
电子部件501将主电源502用作电源来进行驱动。作为电子部件501的例子，例如可以举出CPU、电动机、传感器终端以及照明等。在电子部件501例如是CPU的情况下，电子设备500包括能由内置的主机(CPU)进行控制的电子设备。在电子部件501包括例如电动机、传感器终端以及照明等中的至少一个的情况下，电子设备500包括能由位于外部的主机或者人进行控制的电子设备。
主电源502例如是电池。电池也包括可充电电池。主电源502的正端子(+)与电子部件501的Vcc端子(Vcc)电连接。主电源502的负端子(-)与电子部件501的GND端子(GND)电连接。
辅助电源503是发电元件1。发电元件1包括上述发电元件1中的至少一个。在电子设备500中，辅助电源503例如能与主电源502并用，作为用于对主电源502进行辅助的电源来使用，或者在主电源502的容量耗尽的情况下作为主电源502的备用的电源来使用。在主电源502是可充电电池的情况下，辅助电源503还能作为用于对电池进行充电的电源来使用。
如图6的(b)所示，主电源502也可以设为发电元件1。图6的(b)所示的电子设备500具备：作为主电源502使用的发电元件1和能使用发电元件1进行驱动的电子部件501。发电元件1是单独的电源(例如，离网电源)。因此，电子设备500例如可以是独立式(stand-alone式)。而且，发电元件1是环境发电式(能量收集式)。图6的(b)所示的电子设备500不需要更换电池。
如图6的(c)所示，电子部件501也可以具备发电元件1。发电元件1的阳极例如与电路基板(省略图示)的GND布线电连接。发电元件1的阴极例如与电路基板(省略图示)的Vcc布线电连接。在该情况下，发电元件1可以用作电子部件501的例如辅助电源503。
如图6的(d)所示，在电子部件501具备发电元件1的情况下，发电元件1可以作为电子部件501的例如主电源502来使用。
如图6的(e)～图6的(h)各自所示，电子设备500也可以具备发电装置100。发电装置100包括发电元件1作为电能的来源。
图6的(d)所示的实施方式中，电子部件501具备作为主电源502使用的发电元件1。同样，图6的(h)所示的实施方式中，电子部件501具备作为主电源使用的发电装置100。在这些实施例中，电子部件501具有单独的电源。因此，能将电子部件501设为例如独立式。独立式的电子部件501例如能有效地用于如下电子设备：包括多个电子部件且至少一个电子部件与其他电子部件分离。这样的电子设备500的例子是传感器。传感器具备传感器终端(从)和从传感器终端分离的控制器(主)。传感器终端和控制器分别是电子部件501。如果传感器终端具备发电元件1或发电装置100，则成为独立式的传感器终端，不需要有线的电力供给。发电元件1或发电装置100是环境发电式，因此也不需要更换电池。传感器终端也可以视为电子设备500之一。在被视为电子设备500的传感器终端中，除了包括传感器的传感器终端以外，例如还包括IoT无线标签等。
在图6的(a)～图6的(h)各自所示的实施方式中共同的是，电子设备500包括将热能转换为电能的发电元件1和能将发电元件1用作电源而被驱动的电子部件501。
电子设备500也可以是具备单独的电源的自主式(autonomous式)。自主式的电子设备的例子例如可以举出机器人等。而且，具备发电元件1或发电装置100的电子部件501也可以是具备单独的电源的自主式。自主式的电子部件的例子例如可以举出可动传感器终端等。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以以其他各种各样的形式实施，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种各样的省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包括在发明的范围或主旨内，并且包括在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
附图标记说明
1：发电元件；
11：第一电极；
12：第二电极；
14：中间部；
15：第一基板；
16：第二基板；
17：密封件；
100：发电装置；
101：第一布线；
102：第二布线；
140：空间；
141：纳米粒子；
141a：覆膜；
142：绝缘层；
500：电子设备；
501：电子部件；
502：主电源；
503：辅助电源；
G：间隙；
R：负载；
S110：第一电极形成工序；
S120：中间部形成工序；
S130：第二电极形成工序；
S140：密封件形成工序；
Z：第一方向；
X：第二方向；
Y：第三方向。
Claims (9)
1.一种发电元件的制造方法，是在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件的制造方法，其特征在于，具备：
第一电极形成工序，形成第一电极；
中间部形成工序，在所述第一电极上形成包括固体的绝缘层的中间部；和
第二电极形成工序，在所述绝缘层上形成第二电极，其中，该第二电极具有与所述第一电极的功函数不同的功函数，
所述中间部包括以分散的状态固定于所述绝缘层的纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的发电元件的制造方法，其特征在于，
在所述第二电极形成工序之后，还具备：
密封件形成工序，形成与所述第一电极、所述中间部以及所述第二电极相接的密封件。
3.根据权利要求1所述的发电元件的制造方法，其特征在于，
在所述第二电极形成工序中，在减压环境下在所述绝缘层的表面形成所述第二电极，
所述第一电极的功函数比所述第二电极的功函数高。
4.根据权利要求1所述的发电元件的制造方法，其特征在于，
所述第二电极形成工序包括：使预先设于基板上的所述第二电极的表面与所述绝缘层的表面抵接。
5.根据权利要求1所述的发电元件的制造方法，其特征在于，
所述绝缘层包含有机高分子化合物。
6.一种发电元件，是在将热能转换为电能时不需要电极间的温度差的发电元件，其特征在于，具备：
第一电极；
中间部，设于所述第一电极上，包括固体的绝缘层；和
第二电极，设于所述绝缘层上，该第二电极具有与所述第一电极的功函数不同的功函数，
所述中间部包括以分散的状态固定于所述绝缘层的纳米粒子。
7.根据权利要求6所述的发电元件，其特征在于，所述纳米粒子包含除磁性体以外的金属氧化物。
8.一种发电装置，其特征在于，具备：
如权利要求6所述的发电元件；
第一布线，与所述第一电极电连接；和
第二布线，与所述第二电极电连接。
9.一种电子设备，其特征在于，具备：
如权利要求6所述的发电元件；和
电子部件，将所述发电元件用作电源来进行驱动。
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