DE112015000196T5

DE112015000196T5 - Thermoelektrisches Umwandlungselement, Verfahren zu dessen Herstellung und thermoelektrisches Umwandlungsmodul

Info

Publication number: DE112015000196T5
Application number: DE112015000196.4T
Authority: DE
Inventors: Tomotake Tohei; Shinichi Fujiwara; Etsuko Takane; Zenzou Ishijima; Takahiro Jinushi; Motohiro Negishi
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co ltd
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-07-14
Also published as: JP6332468B2; US20160293820A1; JPWO2016056278A1; CN105765747A; WO2016056278A1

Abstract

Es werden ein thermoelektrisches Umwandlungselement und ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul geschaffen, die selbst in einer Hochtemperaturumgebung eine Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des thermoelektrischen Umwandlungselements sicherstellen können und die eine Hochleistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit bieten. Das thermoelektrische Umwandlungselement, das einen Sinterkörper enthält, bildet ein Kristallkorn, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung des Kristallkorns größer als eine Länge in der Querrichtung ist, unter Verwendung wenigstens einiger Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein thermoelektrisches Umwandlungselement, das Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Stand der Technik
Ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, das unter Verwendung des Seebeck-Effekts Wärmeenergie in elektrische Energie umwandelt, ist dadurch charakterisiert, dass es keine Ansteuereinheit enthält, eine einfache Struktur aufweist, wartungsfrei ist und dergleichen, wird aber wegen seines niedrigen Energieumwandlungswirkungsgrads nur in beschränkten Produkten wie etwa einer Raumfahrtleistungsversorgung verwendet. Im Bemühen, eine umweltfreundliche Gesellschaft zu erreichen, zieht es aber jetzt die Aufmerksamkeit als ein Verfahren zum Rückgewinnen von Abwärme als die Wärmeenergie auf sich, wobei erwartet wird, dass es in Produkten eingesetzt wird, die sich auf eine Müllverbrennungsanlage, auf einen Industrieofen, auf ein Kraftfahrzeug und dergleichen beziehen. Insbesondere, wenn Abwärme von einem Industrieofen oder von einem Auspuffrohr eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, ist denkbar, dass das thermoelektrische Umwandlungsmodul in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden sollte, in der eine Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls in der Größenordnung von 300 bis 600°C liegt. Vor einem solchen Hintergrund wird eine weitere Verbesserung der Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls für hohe Temperatur gewünscht.
Die Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls ist durch den folgenden Leistungsfähigkeitsindex Z bestimmt, der durch einen Seebeck-Koeffizienten α(V/°C), durch eine Wärmeleitfähigkeit k(W/m·K) und durch einen spezifischen Widerstand ρ(Ω·m) bestimmt ist. Gleichung 1
Das heißt, um die thermoelektrische Leistungsfähigkeit zu verbessern, ist es erforderlich, den Seebeck-Koeffizienten α zu erhöhen und die Wärmeleitfähigkeit k und den spezifischen Widerstand ρ zu verringern. Darüber hinaus beträgt der Seebeck-Koeffizient des thermoelektrischen Umwandlungselements mehrere zehn μV/°C bis mehrere hunderte μV/°C, so dass die Thermospannung pro Temperatureinheitsdifferenz in einem einzelnen thermoelektrischen Umwandlungselement niedrig ist. Um eine hohe Ausgangsspannung zu erhalten, tragen somit die Reihenschaltung der thermoelektrischen Umwandlungselemente und das Sicherstellen der Temperaturdifferenz durch Erhöhen der Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des thermoelektrischen Umwandlungselements stark zur Verbesserung der Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit bei.
Die Patentliteratur 1 beschreibt ein thermoelektrisches Umwandlungsmaterial, das ein erstarrtes Pressstück eines Nanodrahts ist, der wenigstens ein Element, das aus einer Gruppe von Bi und Sb ausgewählt ist, und wenigstens ein Element, das aus einer Gruppe von Te und Se ausgewählt ist, enthält, wobei der Durchmesser des Nanodrahts oder die Länge einer Diagonale in einem Querschnitt senkrecht zu der Längsachse 500 nm oder kürzer ist, wobei die Länge 1 μm oder länger ist und wobei die Langsachse des Nanodrahts in einer Richtung orientiert ist (Anspruch 1).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-93454

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Patentliteratur 1 ist die thermoelektrische Leitfähigkeit dadurch verringert, dass der Nanodraht, der das thermoelektrische Element bildet, in einer Richtung horizontal zu einem in dem thermoelektrischen Element erzeugten Wärmefluss orientiert ist. Da die Orientierung des Nanodrahts in der Patentliteratur 1 horizontal zu der Wärmeflussrichtung in dem Element ist, ist die Wirkung der Verringerung der Wärmeleitfähigkeit aber nicht sehr groß. Da die Betriebsumgebungstemperatur des thermoelektrischen Umwandlungselements, das hauptsächlich aus Bi, Sb, Te und/oder Se aufgebaut ist, auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von 200 C oder weniger beschränkt ist, ist es außerdem schwierig, es in einem Hochtemperaturbereich (300 bis 600°C) zu verwenden, wobei das thermoelektrische Umwandlungselement, das Bi, Sb, Te und/oder Se verwendet, ein Problem mit dem Umweltanpassungsvermögen besitzt.
Zur Lösung des obigen Problems ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines thermoelektrischen Umwandlungselements und eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls, die in einem Hochtemperaturbereich verwendet werden können und die bei niedriger Umweltbelastung und niedrigen Kosten eine ausgezeichnete Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit aufweisen.
Lösung des Problems
Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe nutzt die vorliegende Erfindung die in den beigefügten Ansprüchen beschriebenen Konfigurationen.
Die vorliegende Erfindung enthält mehrere Mittel zur Lösung der obigen Probleme. Ein Beispiel des thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wäre ein thermoelektrisches Umwandlungselement, das einen Sinterkörper umfasst, wobei ein Kristallkorn unter Verwendung wenigstens einiger der Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung des Kristallkorns größer als eine Länge in der Querrichtung gebildet ist.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wäre ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements, das einen Sinterkörper umfasst, wobei das Verfahren den Schritt des Bildens eines Kristallkorns, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung größer als eine Länge in der Querrichtung ist, durch Wärme und Druckbeaufschlagung des Sinterkörpers in einer einachsigen Richtung enthält.
Ein anderes Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wäre ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements, das einen Sinterkörper enthält, wobei das Verfahren den Schritt des Bildens eines Kristallkorns, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung größer als eine Länge in der Querrichtung ist, unter Verwendung wenigstens einiger Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, durch Sintern eines Verbunds in einer abgeflachten Form oder in einer Plättchenform enthält.
Ein Beispiel des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wäre ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, das mehrere thermoelektrische Umwandlungselemente vom P-Typ und mehrere thermoelektrische Umwandlungselemente vom N-Typ aufweist und das durch elektrische Reihenschaltung der mehreren thermoelektrischen Umwandlungselemente vom P-Typ mit den mehreren thermoelektrischen Umwandlungselementen vom N-Typ gebildet ist, wobei wenigstens ein Typ des thermoelektrischen Umwandlungselements durch das thermoelektrische Umwandlungselement gebildet ist, das unter Verwendung wenigstens einiger Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, ein Kristallkorn bildet, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung des Kristallkorns größer als eine Länge in der Querrichtung ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können ein thermoelektrisches Umwandlungselement und ein thermoelektrisches Umwandlungsmodul, die in einer Hochtemperaturumgebung eine Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des thermoelektrischen Umwandlungselements sicherstellen und eine Hochleistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit bieten können, geschaffen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1A bis 1D Ablaufseitenansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A Beispielhaftes Querschnittsbild einer Kristallstruktur in dem thermoelektrischen Umwandlungselement, das keine plastische Formgebung erfährt, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B Beispielhaftes Querschnittsbild einer Kristallstruktur in dem thermoelektrischen Umwandlungselement, das eine plastische Formgebung erfährt, in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A bis 3C Ablaufseitenansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungsmoduls unter Verwendung des thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 Perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A bis Ablaufseitenansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 Beispielhaftes Querschnittsbild einer Kristallstruktur in dem thermoelektrischen Umwandlungselement in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass in Figuren, die die Ausführungsformen veranschaulichen, gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsbezeichnungen und Bezugszeichen bezeichnet sind und ihre wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
Erste Ausführungsform
Die 1A bis 1D sind eine Ablaufseitenansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 11 bezeichnet einen Sinterkörper aus einem Material für die thermoelektrische Umwandlung, 21 und 22 bezeichnen ein Druckbeaufschlagungswerkzeug, 12 bezeichnet den Sinterkörper des thermoelektrischen Umwandlungselements, nachdem er mit Druck beaufschlagt worden ist, 111 bezeichnet das thermoelektrische Umwandlungselement, das aus dem Sinterkörper hergestellt ist, vor der Erwärmung und Druckbeaufschlagung und 121 bezeichnet das thermoelektrische Umwandlungselement, das aus dem Sinterkörper hergestellt ist, nach der Erwärmung und Druckbeaufschlagung. Der Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung wurde unter Verwendung des Sinterverfahrens mit gepulster elektrischer Entladung hergestellt, wobei der Sinterkörper unter Verwendung einer Entladungserscheinung durch Anlegen einer Spannung und eines Stroms an einen Schleifkörper einer Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage hergestellt wurde. Durch Sintern des Schleifpulvers der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage von 75 μm oder kleiner im Unterdruck bei einer Sintertemperatur von 730°C, bei einem Sinterdruck von 60 MPa und bei einer Standzeit von 30 Minuten wurde der Sinterkörper der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage erhalten. Während der Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung in dieser Ausführungsform gemäß der oben erwähnten Sinterbedingung erhalten wurde, ist es möglich, den Sinterkörper bei der Sintertemperatur von 650 bis 900°C, bei dem Sinterdruck von 20–200 MPa und bei der Standzeit von 10 bis 60 Minuten zu erhalten. Während die in dieser Ausführungsform verwendete Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage Aluminium, Zink und/oder Mangan als Dotierungsmittel enthält, kann für die Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage irgendein Dotierungsmittel verwendet werden. Außerdem ist diese Ausführungsform nicht auf das Sinterverfahren mit gepulster elektrischer Entladung beschränkt, sondern kann der Sinterkörper aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung unter Verwendung des Heißpressverfahrens oder dergleichen hergestellt werden.
Im Bemühen, die Kristallstruktur in dem Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung, der durch das Sinterverfahren mit gepulster elektrischer Entladung erhalten wurde, einzustellen, wird der Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung zwischen das Druckbeaufschlagungswerkzeug 21 und das Druckbeaufschlagungswerkzeug 22 gelegt. Dadurch, dass der Sinterkörper der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage bei der Haltetemperatur von 620°C, bei 120 MPa, bei der Temperaturanstiegsrate von 60°C/min, mit einer Standzeit von 2 Minuten und in einer Stickstoffatmosphäre gehalten und erwärmt und mit Druck beaufschlagt wurde, wurde der Grundmaterialkörper 12 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung mit seiner wie in 1C gezeigt eingestellten Struktur erhalten. Es ist zu sehen, dass die Kristallkörner in dem Grundmaterialkörper 12 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung auf abgeflachte Weise gebildet werden, indem die Körner der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage, die den Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung bilden, dadurch, dass sie vertikal mit Druck beaufschlagt werden, während sie gleichzeitig erwärmt werden, wie in 1B gezeigt ist, plastisch verformt werden.
Der hier verwendete Begriff ”abgeflacht” bedeutet, dass die horizontale Größe eines Organs hinsichtlich des Seitenverhältnisses größer als die vertikale Größe ist. Kurzgesagt bedeutet das einen Zustand, dass es in der druckbeaufschlagten Richtung gedehnt ist. Mit anderen Worten bedeutet es eine rechteckige oder ovale Form, die in der mit Druck beaufschlagten Richtung langgestreckt ist. Die vertikale Richtung bezieht sich auf die Längsrichtung des thermoelektrischen Umwandlungselements und die horizontale Richtung bezieht sich auf die Richtung, in der die Elektrode ihre Fläche hat. Der Ausdruck ”lang in der horizontalen Richtung” ist nicht notwendig durch einen spezifischen Zahlenwert angegeben und eine abgeflachte Form bedeutet, dass die Höhe eines bestimmten Organs in der vertikalen Richtung größer als die Breite in der horizontalen Richtung ist.
Der Begriff ”Plättchen” bedeutet, dass die jeweiligen Organe nicht dieselbe und einheitliche Form aufweisen, sondern dass ihr Horizontal-vertikal-Verhältnis oder ihr Seitenverhältnis variiert und dass sie unterschiedliche Formen aufweisen. Eine Struktur, die in der horizontalen Richtung länger als in der vertikalen Richtung ist, wird auch als eine Plättchenstruktur bezeichnet.
Gemäß der oben beschriebenen Definition ist ”Plättchen” ein weitreichendes Konzept, wobei die Plättchenstruktur, die in der horizontalen Richtung länger ist, als eine abgeflachte Struktur bezeichnet wird.
Wie in 1D gezeigt ist, wurden der Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung und der Grundmaterialkörper 12 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung mit der eingestellten Struktur durch den Drahtsägeprozess zu Würfeln von 3,7 mm auf einer Seite ausgeschnitten, um die thermoelektrischen Umwandlungselemente 111 und die thermoelektrischen Umwandlungselemente 121 zu bilden. Während das thermoelektrische Umwandlungselement hier unter Verwendung des Drahtsägeprozesses verarbeitet wurde, braucht es nur auf eine vorgegebene Größe ausgeschnitten zu werden und kann irgendein Prozess wie etwa der Dicing-Prozess, der Wasserstrahlprozess, der Laserprozess, die funkenerosive Schneidbearbeitung und dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus ist die Form des thermoelektrischen Umwandlungselements nicht auf die kubische Form beschränkt, sondern sind verschiedene Formen wie etwa ein Quader, eine zylindrische Säule, ein Prisma und dergleichen ebenfalls möglich.
2A zeigt ein Bild der Schnittstruktur des thermoelektrischen Umwandlungselements 111, das durch Ausschneiden des Sinterkörpers 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung hergestellt wurde, und 2B zeigt ein Bild der Schnittstruktur des thermoelektrischen Umwandlungselements 121, das durch Ausschneiden des Grundmaterialkörpers 12 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung hergestellt wurde, wobei seine Struktur durch weiteres Erwärmen und weitere Druckbeaufschlagung nach dem Sintern mit gepulster elektrischer Entladung eingestellt wurde. In 2A ist zu sehen, dass die Form der Körner der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage auf isotrope Weise gebildet ist und dass an der Grenzfläche zwischen den Körnern eine Korngrenze gebildet ist. Andererseits ist in 2B durch plastisches Verformen des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage in die abgeflachte Form die Form des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage anisotrop geformt worden, wodurch die Schichtkorngrenze horizontal zu der Druckbeaufschlagungsrichtung geformt ist.
Die thermoelektrische Leitung in einem Material ist durch eine Energieübertragung durch Phononen und durch die Energieübertragung durch Ladungsträger bestimmt. Da unter der Annahme der Druckbeaufschlagungsrichtung in 2B als eine Wärmeflussrichtung zahlreiche flächenhafte Korngrenzenebenen, die durch plastisches Verformen der Körner der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage gebildet sind, nicht nur die Streuung von Phononen fördern, sondern auch die Übertragung von Ladungsträgern hemmen und somit ebenfalls die Ladungsträger streuen, kann dies die thermoelektrische Leitung in der Wärmeflussrichtung verringern. Das heißt, durch Kombinieren des thermoelektrischen Umwandlungselements in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul unter Verwendung der Druckbeaufschlagungsrichtung in 2B als die Wärmeflussrichtung ist es möglich, die Temperaturdifferenz zwischen der Vorderseite und der Rückseite des thermoelektrischen Umwandlungselements sicherzustellen und dabei außerdem das thermoelektrische Umwandlungsmodul zu schaffen, das eine Hochleistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit bietet. Darüber hinaus wird ebenfalls ein Betrieb in einer Hochleistungsumgebung von 300 bis 600°C ermöglicht. In der vorliegenden Erfindung ist der Temperaturbereich von 300 bis 600°C als die Hochtemperaturumgebung angenommen, wobei die Temperatur aber nicht streng auf den obigen Bereich beschränkt zu sein braucht. Darüber hinaus ist sie in einem Fall, dass es vorübergehend bei einer höheren Temperatur betreibbar ist oder das Modul nicht zerstört wird, in dem Bereich der Hochtemperaturumgebung enthalten.
Während die Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsbedingung zum Einstellen der Struktur des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage die Haltetemperatur von 620°C, 120 MPa, die Temperaturanstiegsrate von 60°C/min, die Standzeit von 2 Minuten und die Stickstoffatmosphäre enthält, kann die Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsbedingung in Abhängigkeit von dem Durchmesser und der Form des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage, die für das Sintern mit gepulster elektrischer Entladung verwendet werden, oder das Seitenverhältnis des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage, das nach der Erwärmung und Druckbeaufschlagung gebildet wird, verschieden gewählt werden.
Genauer kann die Haltetemperatur 300 bis 900°C sein, kann die Druckbeaufschlagung bei 30 bis 200 MPa erfolgen, kann die Temperaturanstiegsrate 10 bis 60°C/min betragen und kann die Standzeit 1 bis 60 Minuten sein.
Die Form des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage, das nach der Erwärmung und Druckbeaufschlagung gebildet wird, kann ihre Wirkung dadurch ausüben, dass seine Längsrichtung senkrecht zu der Wärmeflussrichtung genommen wird und seine Länge in der Längsrichtung als das Zweifache oder mehr der Länge in der Querrichtung genommen wird. Wenn die Länge in der Längsrichtung kleiner als das Zweifache der Länge in der Querrichtung ist, kann die Wirkung der flächenhaften Korngrenze abgeschwächt sein. Allerdings ist die Wirkung der flächenhaften Korngrenze nur abgeschwächt, was aber nicht bedeutet, dass die Erfindung überhaupt nicht möglich ist, wobei die Erfindung verkörpert werden kann, solange die Länge in der Längsrichtung länger als in der Querrichtung ist.
Während in dieser Ausführungsform der Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritt enthalten ist, um zu ermöglichen, dass das Korn der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage in dem Sinterkörper 11 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung die Anisotropie aufweist, braucht der Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritt nicht notwendig enthalten zu sein. In diesem Fall trägt die Beseitigung des Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritts zur Verringerung der Produktionskosten bei. Wenn der Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritt nicht genutzt wird, kann der Grundmaterialkörper 12 des ähnlich anisotropen thermoelektrischen Umwandlungsmaterials z. B. unter Verwendung des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage in der abgeflachten Form oder in der Plättchenform in dem Schritt des Sinterns mit gepulster elektrischer Entladung erhalten werden.
Während in dieser Ausführungsform die Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage als das Material vom N-Typ für die thermoelektrische Umwandlung verwendet ist, können andere Materialien wie etwa Mn₂Si, ein Skutteruditsystem und dergleichen ebenfalls verwendet werden. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Material vom N-Typ für die thermoelektrische Umwandlung beschränkt, sondern kann sie ebenfalls für ein Material vom P-Typ für die thermoelektrische Umwandlung verwendet werden.
Die 3A bis 3C sind eine Ablaufseitenansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls unter Verwendung des thermoelektrischen Umwandlungselements 121 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform. Das thermoelektrische Umwandlungselement 121 ist ein Material vom N-Typ für die thermoelektrische Umwandlung, das aus der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage hergestellt ist. Ein thermoelektrisches Umwandlungselement 131 vom P-Typ ist vorzugsweise ein thermoelektrisches Umwandlungselement aus einer Kombination eines Silicium-Germanium-Systems, eines Eisen-Silicium-Systems, eines Wismut-Tellur-Systems, eines Mangan-Silicium-Systems, eines Blei-Tellur-Systems, eines Cobalt-Antimon-Systems, eines Wismut-Antimon-Systems, eines Heusler-Legierungs-Systems, eines Halb-Heusler-Legierungs-Systems und dergleichen. Auf der Oberfläche des thermoelektrischen Umwandlungselements 121 vom N-Typ und des thermoelektrischen Umwandlungselements 131 vom P-Typ kann ein metallisierter Film gebildet sein, der hauptsächlich aus Nickel, Aluminium, Titan, Molybdän, Mangan, Wolfram, Palladium, Chrom, Gold, Silber, Zinn, Magnesium, Silicium, Kupfer und dergleichen aufgebaut ist. Der metallisierte Film kann durch irgendein Verfahren wie etwa das Plattieren, die Aerosolablagerung, mittels Flammspritzpistole, Zerstäuben, Aufdampfen, Ionenplattieren, das gleichzeitige Einkomponentensintern und dergleichen gebildet werden. Die Hauptkomponente bezieht sich hier auf ein Element, das zu 90% insgesamt als die Primärkomponente in dem Organ enthalten ist, das mehrere Elemente enthält. Während die Hauptkomponente hier wie oben beschrieben ist, umfasst das Konzept den Fall, dass der Gesamtprozentsatz des als die Hauptkomponente verwendeten Elements der größte unter mehreren in dem Organ enthaltenen Elementen ist, als das praktische Verhältnis. Zum Beispiel kann Kupfer als die Hauptkomponente bezeichnet werden, wenn die Elektrode 31 aus einer Legierung hergestellt ist, die Kupfer, Nickel und Aluminium enthält, falls sie Kupfer zu 34%, Nickel zu 33% und Aluminium zu 33% enthält. Andernfalls sind Kupfer und Nickel Hauptkomponenten, falls sie Kupfer zu 60%, Nicken zu 21% und Aluminium zu 19% enthält. Das Konzept der Hauptkomponente bleibt selbst im Fall einer Legierung oder einer Struktur nach dem Bonden dasselbe.
In dieser Ausführungsform ist das thermoelektrische Umwandlungselement vom P-Typ das Mangan-Silicium-System. Die Elektrode 31 kann aus Kupfer, Nickel, Aluminium, Titan, Molybdän, Wolfram, Eisen oder aus einer Legierung, die hauptsächlich aus einem der oben erwähnten Metalle aufgebaut ist, sein oder eine Konfiguration mehrerer Schichten, die durch irgendeine oder jede Legierung der Obigen geschichtet sind, sein.
Die Ausführungsform ist unter der Annahme der Elektrode 31 als Nickel beschrieben. Ein Bondmaterial 41 besteht vorzugsweise aus Aluminium, Nickel, Zinn, Kupfer, Zink, Germanium, Magnesium, Gold, Silber, Indium, Blei, Wismut, Tellur, Titan, Mangan, Phosphor oder aus einer Legierung, die hauptsächlich aus einem dieser Metalle aufgebaut ist. Der vorliegende Montageprozess wird später unter der Annahme des Bondmaterials 41 als eine Legierung, die hauptsächlich aus Aluminium aufgebaut ist, beschrieben.
Wie in 3A gezeigt ist, wird zunächst die Elektrode 31 auf einem Stützwerkzeug 51 angeordnet. Daraufhin werden auf der Elektrode 31 das Bondmaterial 41, das thermoelektrische Umwandlungselement 131 vom P-Typ und das thermoelektrische Umwandlungselement 121 vom N-Typ, das Bondmaterial 41 und die Elektrode 31 in dieser Reihenfolge geschichtet, damit sie ausgerichtet und angeordnet werden. Das thermoelektrische Umwandlungselement 131 vom P-Typ und das thermoelektrische Umwandlungselement 121 vom N-Typ sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Elektrode 31 dazwischenliegt. Es ist erwünscht, dass alle in dem thermoelektrischen Umwandlungsmodul enthaltenen thermoelektrischen Umwandlungselemente elektrisch in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall ist es möglich, eine hohe Spannung zu entnehmen.
In Abhängigkeit von dem Typ der zu entnehmenden Elektrizität können einige der Elemente parallelgeschaltet sein. Da bei der Parallelschaltung eine niedrigere Spannung erhalten wird, kann der über ein einzelnes Element fließende Strom verringert sein.
Die Erläuterung ist hier unter der Annahme gegeben, dass das Bondmaterial 41 eine Metallfolie ist und dass die Dicke des Bondmaterials 41 vorzugsweise 1 bis 500 μm ist. Das Bondmaterial 41 kann irgendein Metall sein, das zum Bonden verwendet wird. Hier wurde ein Experiment unter Verwendung von Aluminium durchgeführt, das eine hohe Bondfähigkeit repräsentiert. Solange das Bonden ausgeführt werden kann, braucht die Dicke des Bondmaterials 41 nur kleiner als die Dicke der Elektrode 31 zu sein. Innerhalb des oben beschriebenen Bereichs von 1 bis 500 μm wäre der Bereich mit besserer Bondbarkeit 1 bis 20 μm.
Wenn das Bondmaterial 41 allerdings zu dünn wie etwa 1 μm ist, muss eine Änderung der Höhe des zu bondenden Materials so weit wie möglich minimiert werden, da es schwierig ist, die Höhenänderung des zu bondenden Materials zur Zeit des Bondens aufzunehmen. Vorausgesetzt, dass die Änderung der Höhe des zu bondenden Materials durch die Dicke des Bondmaterials 41 aufgenommen werden soll, sind somit etwa 20 μm erwünschter. Der Wert von etwa 20 μm enthält einer Reserve von etwa 5 μm, d. h. zwischen 15 und 25 μm. Dies ist so, da dieser Wert leicht zu steuern ist.
Für diese Anordnungen können die Komponenten unabhängig von dem Verfahren dafür zusammen unter Verwendung eines Werkzeugs (nicht gezeigt) oder einzeln angeordnet werden.
Wie in 3B gezeigt ist, werden nachfolgend sowohl die Druckbeaufschlagung als auch die Erwärmung durch das Druckbeaufschlagungswerkzeug 52 von oben ausgeführt, um das Bondmaterial 41 zu schmelzen und dadurch die Elektrode 31 und die thermoelektrischen Umwandlungselemente 121 und 131 mit dem dazwischenliegenden Bondmaterial 41 zu bonden. Der an diesem Punkt auf das thermoelektrische Umwandlungselement ausgeübte Bonddruck ist vorzugsweise 0,12 kPa oder höher. Wie in 3C gezeigt ist, kann daraufhin die Anordnung 1 des thermoelektrischen Umwandlungselements dadurch gebildet werden, dass sie aus dem Druckbeaufschlagungswerkzeug 51 und aus dem Stützwerkzeug 52 entnommen wird.
Während die Beschreibung anhand von 3A bis 3C den Prozess des gemeinsamen Bondens der Oberseite und der Unterseite des Bondmaterials 41 zeigt, kann zunächst eine Seite gebondet werden und daraufhin die andere Seite später gebondet werden. Zum Beispiel ist es in dem in 3A gezeigten Schritt ebenfalls möglich, das Bondmaterial 41 und das thermoelektrische Umwandlungselement nur auf der Seite des Stützwerkzeugs 51 anzuordnen, das untere Stützwerkzeug 51 zu erwärmen, um das Bondmaterial 41 zu schmelzen, und dadurch das thermoelektrische Umwandlungselement und die Elektrode 31 auf der Seite des Stützwerkzeugs 51 zu bonden und daraufhin die Oberseite des thermoelektrischen Umwandlungselements und der Elektrode 31 unter Verwendung des Bondmaterials 41 zu bonden, wodurch die Anordnung 1 des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls gebildet wird.
Die Druckbeaufschlagungskraft ist hier auf 0,12 kPa oder höher eingestellt, um zu verhindern, dass sich das thermoelektrische Umwandlungselement 131 vom P-Typ und das thermoelektrische Umwandlungselement 121 vom N-Typ zur Zeit des Bondens neigen, und um so viel wie möglich geschmolzenes Bondmaterial 41 aus den Grenzflächen zwischen dem thermoelektrischen Umwandlungselement 131 vom P-Typ und dem thermoelektrischen Element 121 vom N-Typ und der Elektrode 31 auszustoßen. Ein oberer Grenzwert der Druckbeaufschlagungskraft ist nicht nicht besonders spezifiziert, sollte aber kleiner oder gleich der Druckfestigkeit des Elements sein, so dass das Element nicht zerbrochen wird. Genauer kann sie etwa 500 MPa oder niedriger sein, wobei aber der Druck in der Größenordnung einiger MPa in dieser Ausführungsform eine ausreichende Wirkung erzielen kann.
Die Bondatmosphäre braucht lediglich eine nicht oxidierende Atmosphäre zu sein, wobei genauer eine Unterdruckatmosphäre, eine Stickstoffatmosphäre, eine Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch-Atmosphäre, eine Argonatmosphäre und dergleichen verwendet werden können.
Während diese Ausführungsform die Metallfolie als das Bondmaterial 41 verwendet, können ebenfalls andere Materialien wie etwa ein Aluminiumlegierungspulver verwendet werden. In diesem Fall kann ein einzelner Pulvertyp verwendet werden, können aus unterschiedlichen Pulvertypen gebildete Schichten geschichtet werden oder kann ein Gemisch dieser unterschiedlichen Pulvertypen verwendet werden. Wenn ein solches Pulver verwendet wird, kann ein Pressstück des Pulvers allein nur an einem Ort des Bondens des thermoelektrischen Umwandlungselements 131 vom P-Typ und des thermoelektrischen Umwandlungselements 121 vom N-Typ angeordnet sein oder kann das Pulver nur auf den Ort des Bondens des thermoelektrischen Umwandlungselements aufgetragen werden oder kann ebenfalls das in Form einer Paste unter Verwendung eines Harzes oder dergleichen hergestellte Pulver auf den Ort des Bondens des thermoelektrischen Umwandlungselements aufgetragen werden. Da der Schritt des Anordnens der Folie dadurch, dass das Pulver im Voraus aufgetragen wird, beseitigt werden kann, kann der Herstellungsprozess weiter vereinfacht werden. Außerdem kann der Schritt des Anordnens der Folie auf ähnliche Weise dadurch, dass im Voraus auf der Oberfläche des thermoelektrischen Umwandlungselements eine Metallisierung gebildet wird, die Aluminium enthält, oder dadurch, dass auf der Oberfläche der Elektrode 31 eine Schicht gebildet wird, die Aluminium enthält, beseitigt werden. Um auf der Elektrode die aluminiumhaltige Schicht zu bilden, können verschiedene Verfahren wie etwa das Plattierungswalzen, die Aerosolablagerung, die Flammspritzpistole und dergleichen ausgewählt werden. Diese Bildungsverfahren sind nicht nur auf die aluminiumhaltige Legierung, sondern auch auf andere Materialien anwendbar.
Als eine Änderung des in 1A bis 1D gezeigten Verfahrens zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements kann die Struktur des Sinterkörpers aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung eingestellt werden, wenn das thermoelektrische Umwandlungselement 121 auf die in 3B gezeigte Elektrode 31 gebondet wird. Das heißt, wie in 3B gezeigt ist, werden durch ein Druckbeaufschlagungswerkzeug 52 von oben sowohl eine Druckbeaufschlagung als auch eine Erwärmung ausgeführt, um die Elektrode 31 auf die thermoelektrischen Umwandlungselemente 121 und 131 zu bonden, wobei das Bandmaterial 41 dazwischenliegt, sowie, damit das Korn der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage, das den Sinterkörper aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung bildet, plastisch verformt wird, damit es abgeflacht wird. Dadurch, dass die Struktureinstellung des Sinterkörpers und das Bonden der Elektrode ausgeführt werden, kann die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in dem 46 thermoelektrische Umwandlungselemente in einem Gittermuster angeordnet und gebondet sind. Die in 4 gezeigte Anordnung des thermoelektrischen Umwandlungsmoduls wird auf der Grundlage des in 3A bis 3C gezeigten Prozesses hergestellt. In 4 bezeichnet 121 das thermoelektrische Umwandlungselement vom N-Typ, bezeichnet 131 das thermoelektrische Umwandlungselement vom P-Typ und bezeichnet 31 die Elektrode. Dieses thermoelektrische Umwandlungsmodul kann wie gekapselt in einem Gehäuse oder wie es ist verwendet werden.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist es unter Verwendung des thermoelektrischen Umwandlungselements mit anisotropem Kristallkorn in dem Sinterkörper möglich, die zwischen den Elektroden 31 auf der Ober- und auf der Unterseite erzeugte Temperaturdifferenz sicherzustellen und das thermoelektrische Umwandlungselement und das thermoelektrische Umwandlungsmodul mit der ausgezeichneten Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit zu schaffen.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden ist anhand von 5A bis 5D eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5A bis 5D sind eine Ablaufseitenansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements zeigt. 11 bezeichnet den Sinterkörper aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung, 21 und 22 bezeichnen Druckbeaufschlagungswerkzeuge, 14 bezeichnet den Sinterkörper des thermoelektrischen Umwandlungselements nach der Druckbeaufschlagung, 111 bezeichnet das aus dem Sinterkörper hergestellte thermoelektrische Umwandlungselement vor der Druckbeaufschlagung und 141 bezeichnet das aus dem Sinterkörper hergestellte thermoelektrische Umwandlungselement nach der Erwärmung und Druckbeaufschlagung. Das Verfahren zum Herstellen des Sinterkörpers aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung, der Schritt des Erwärmens und der Druckbeaufschlagung nach dem Herstellen des Sinterkörpers und der Schritt des Ausschneidens der thermoelektrischen Umwandlungselemente sind ähnlich jenen in der ersten Ausführungsform. Sie unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass einige der Körner der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage während des Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritts nach dem Sintern mit gepulster elektrischer Entladung vorzugsweise plastisch verformt werden, um horizontal zu der Druckbeaufschlagungsrichtung die flächenhafte Korngrenze zu bilden.
6 zeigt die Schnittstruktur des Elements 141, das nach dem Erwärmen und der Druckbeaufschlagung des Sinterkörpers des thermoelektrischen Umwandlungselements ausgeschnitten worden ist. Es ist zu sehen, dass die Körner der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage unter den punktierten Linien in 6 vorzugsweise zu der abgeflachten Form verformt sind. Wenn eine große Anzahl von Kristallkorngrenzen in Schichten in Bezug auf die Wärmeflussrichtung des thermoelektrischen Elements gebildet werden, werden Ladungsträger ebenfalls an den Kristallkorngrenzen gestreut, was die thermoelektrische Leitung des Sinterkörpers des thermoelektrischen Umwandlungselements verringert und außerdem Anlass zu Bedenken über eine Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands gibt. Dadurch, dass in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform teilweise die flächenhaften Korngrenzen gebildet werden, ist es möglich, die Zunahme des spezifischen elektrischen Widerstands zu verhindern und die thermoelektrische Leitung zu verringern. Außerdem ist es möglich, die Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit des thermoelektrischen Umwandlungselements dadurch zu verbessern, dass die geschichteten Kristallkorngrenzen nicht nur wie in 5A bis 5D gezeigt in dem unteren Abschnitt, sondern auch in dem oberen Abschnitt oder in mehreren Abschnitten, die sowohl die oberen als auch die unteren Abschnitte des Sinterkörpers des thermoelektrischen Umwandlungselements enthalten, gebildet wird.
Wie bei der ersten Ausführungsform braucht der Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritt nicht notwendig enthalten zu sein. Zum Beispiel ist es unter Verwendung des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage in der abgeflachten Form oder in der Plättchenform und des Korns der Verbindung auf Mg₂Si-Grundlage im Wesentlichen in der Kugelform, wie in dem Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsschritt, während des Sinterschritts mit gepulster elektrischer Entladung möglich, den Grundmaterialkörper 13 aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung zu erhalten, der teilweise die flächenhafte Korngrenze bildet. Wie in der ersten Ausführungsform sind für die Sinterbedingung mit gepulster elektrischer Entladung, für die Bedingung der Erwärmung und Druckbeaufschlagung nach dem Sintern mit gepulster elektrischer Entladung und für das Verfahren des Ausschneidens der thermoelektrischen Umwandlungselemente verschiedene Auswahlen verfügbar. Das thermoelektrische Umwandlungsmodul kann ebenfalls in demselben Verfahren wie in der ersten Ausführungsform hergestellt werden, wodurch es möglich ist, das thermoelektrische Umwandlungsmodul mit der ausgezeichneten Leistungserzeugungs-Leistungsfähigkeit zu schaffen.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung des thermoelektrischen Umwandlungselements
11: Sinterkörper aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung
111: thermoelektrisches Umwandlungselement, das aus dem Sinterkörper hergestellt ist, vor Erwärmung und Druckbeaufschlagung
12: Grundmaterialkörper aus einem Material für die thermoelektrische Umwandlung nach Erwärmung und Druckbeaufschlagung
121: thermoelektrisches Umwandlungselement, das aus dem Sinterkörper hergestellt ist, nach Erwärmung und Druckbeaufschlagung
131: thermoelektrisches Umwandlungselement vom P-Typ
14: Grundmaterialkörper aus dem Material für die thermoelektrische Umwandlung nach Erwärmung und Druckbeaufschlagung
141: thermoelektrisches Umwandlungselement, das aus dem Sinterkörper hergestellt ist, nach Erwärmung und Druckbeaufschlagung
21, 22: Druckbeaufschlagungswerkzeug
31: Elektrode
41: Bondmaterial
51: Stützwerkzeug
52: Druckbeaufschlagungswerkzeug

Claims

Thermoelektrisches Umwandlungselement, das einen Sinterkörper umfasst, wobei unter Verwendung wenigstens einiger Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, ein Kristallkorn gebildet ist, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung des Kristallkorns größer als eine Länge in der Querrichtung ist.
Thermoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei die Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, teilweise eine flächenhafte Korngrenze bilden.
Thermoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sinterkörper hauptsächlich aus Magnesium und Silicium aufgebaut ist.
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements, das einen Sinterkörper enthält, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bilden eines Kristallkorns, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung größer als eine Länge in der Querrichtung ist, durch Erwärmen und Druckbeaufschlagung des Sinterkörpers in einer einachsigen Richtung.
Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements nach Anspruch 4, wobei der Sinterkörper zwischen ein Druckbeaufschlagungswerkzeug gelegt wird, damit er mit Druck beaufschlagt wird, während er erwärmt wird.
Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Sinterkörper in einer einachsigen Richtung erwärmt und mit Druck beaufschlagt wird, wenn eine Elektrode an den Sinterkörper gebondet wird.
Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Sinterkörper durch das Sinterverfahren mit gepulster elektrischer Entladung oder durch das Heißpressverfahren hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung des thermoelektrischen Umwandlungselements nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Sinterkörper hauptsächlich aus Magnesium und Aluminium aufgebaut ist.
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements, das einen Sinterkörper enthält, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bilden eines Kristallkorns, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung größer als eine Länge in der Querrichtung ist, unter Verwendung wenigstens einiger der Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, durch Sintern einer Verbindung in einer abgeflachten Form oder in einer Plättchenform.
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements nach Anspruch 9, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bilden eines Kristallkorns, das teilweise in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung größer als eine Länge in der Querrichtung ist, durch Sintern einer Verbindung in einer abgeflachten Form oder Plättchenform und einer Verbindung in einer Kugelform unter Verwendung wenigstens einiger der Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden.
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Umwandlungselements nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Sinterkörper hauptsächlich aus Magnesium und Silicium aufgebaut ist.
Thermoelektrisches Umwandlungsmodul, das mehrere thermoelektrische Umwandlungselemente vom P-Typ und mehrere thermoelektrische Umwandlungselemente vom N-Typ aufweist und das durch elektrische Reihenschaltung der mehreren thermoelektrischen Umwandlungselemente vom P-Typ mit den mehreren thermoelektrischen Umwandlungselementen vom N-Typ gebildet ist, wobei wenigstens ein Typ des thermoelektrischen Umwandlungselements durch das thermoelektrische Umwandlungselement gebildet ist, das ein Kristallkorn bildet, das in einer Querrichtung geschichtet ist, wobei eine Länge in einer Längsrichtung des Kristallkorns größer als eine Länge in der Querrichtung ist, unter Verwendung wenigstens einiger Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden.
Thermoelektrisches Umwandlungsmodul nach Anspruch 12, wobei die Kristallkörner, die den Sinterkörper bilden, teilweise eine Schichtkorngrenze bilden.
Thermoelektrisches Umwandlungsmodul nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Sinterkörper hauptsächlich aus Magnesium und Silicium aufgebaut ist.