JP2004303930A - 熱電変換素子 - Google Patents
熱電変換素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004303930A JP2004303930A JP2003094814A JP2003094814A JP2004303930A JP 2004303930 A JP2004303930 A JP 2004303930A JP 2003094814 A JP2003094814 A JP 2003094814A JP 2003094814 A JP2003094814 A JP 2003094814A JP 2004303930 A JP2004303930 A JP 2004303930A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- metal
- conductive organic
- thermoelectric conversion
- conversion element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
【課題】低コストで良好な加工性を持つ有機材料を素子に用いた発電用熱電素子を提供することを課題とする。
【解決手段】ｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属の間に積層し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料に挟まれた金属と、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
【選択図】 図１
【解決手段】ｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属の間に積層し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料に挟まれた金属と、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低コストで良好な加工性を持つ有機材料を素子に用いた発電用熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電変換材料は現在、ＡＰＰＬＩＥＤ ＤＩＧＩＴＡＬ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ社などから実用化に向けて材料が開発されつつあるが、用いられている材料は無機材料である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、どれも材料が高価であり安価で尚且つプロセスが容易に作れる無機材料の報告例は無い。有機材料を用いた熱電変換素子は多くの場合、無機材料を熱電変換材料として、バインダーに用いることがほとんどである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属の間に積層し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料に挟まれた金属と、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
熱電変換素子を安価でフレキシブルな素子として用いるためには原材料が豊富にあり良好な加工性を有することが必要であると考えられる有機材料はこの点で最適であると考えられる。さらに一般に有機材料は熱伝導率が低く、熱電素子としては適している。そこで、より効率の良い熱電変換素子を作るためにはゼーベック定数が大きい材料を用いるのに加えて、異なった準位を有する材料を組み合わせて用いることや金属間の材料を他層構成にすること、ドーピング層を用いること、ｎ型半導体部分には無機材料を用いることによってフレキシブル性を有機部分にするなどの手法が望まれている。
【０００６】
すなわち、図１に示される１，２にｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【０００７】
さらに、図１に示される１，２の層が有機材料の多層構造であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
【０００８】
さらに、図１に示される１，２の層の少なくともどちらかがが有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【０００９】
さらに、図１に示される１，２の層が有機材料の多層構造を有し、その中の少なくとも一層が有機化合物に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１０】
さらに、図１に示される１にｐ型の導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１１】
さらに、図１に示される１にｐ型である多層の導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする請求項５記載の熱電変換素子である。
【００１２】
さらに、図１に示される１にｐ型の有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１３】
さらに、図１に示される１にｐ型の有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料を多層積層し、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１４】
さらに、図１に示される構成が多数つながっていることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１５】
熱電変換素子に用いられる材料は高いゼーベック係数を有することが重要であることは言うまでも無い。用いられる有機材料は有機半導体材料であり、蒸着や塗布、ラミネートもしくはインクジェットにて製膜することが出来る。また、有機材料は温度の小さい環境ではバンドギャップの狭い有機材料が好ましく、素子を直列でつなげることによって高電圧の起電力を生み出すことが可能である。また、電流をより多く流すために並列につなぐことが効果的である。そこで直列と並列を組み合わせることによってより効率的に目的とする起電力を生み出すことが出来る。また、材料の分子構造は分子間が高秩序な材料を用いる方が好ましい。また、いくつかの有機材料を積層することや、有機物を混合した層を用いたり、有機層中に無機材料や無機塩、もしくは有機酸や有機塩基をドーピングすることによって界面との接触を改善したり、有機層の移動度を高めることが出来る。金属電極は金属原子もしくは金属のような性質を有するグラファイトのような物からなる。
【００１６】
本実施の形態で示した熱電変換素子はフレキシブル性を有することや薄型化が可能でありプロセスも高密度化が容易に行うことが出来る温度差によって起電力を生むことが出来る素子である。
【００１７】
詳しくは体温や太陽光などの外気との温度差を利用して動く表示装置、Ｉ３、Ｉ４タグ等、または活動時に発熱を伴うＭＰＵやモーターなどの電力回生装置等として用いることが可能である。
【００１８】
以下に具体的に説明する。
【００１９】
白金電極３，５上の１にポリチオフェン、２にバソフェナントロリン：セシウム（９：１）をそれぞれ１０００オングストローム積層したのち、４に白金を１０ミクロン積層した．この素子を３と５を直列に１００個の素子を接続した後、４側に４０度、３，５側に２０度にし、温度差を持たせたところ、起電力を生み出すことを確認した。
【００２０】
【発明の効果】
低コストで良好な加工性を持つ有機材料を素子に用いた発電用熱電素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電変換素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 導電性有機材料
２ 導電性有機材料
３ 金属電極
４ 金属
５ 金属電極
【発明の属する技術分野】
本発明は低コストで良好な加工性を持つ有機材料を素子に用いた発電用熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電変換材料は現在、ＡＰＰＬＩＥＤ ＤＩＧＩＴＡＬ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ社などから実用化に向けて材料が開発されつつあるが、用いられている材料は無機材料である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、どれも材料が高価であり安価で尚且つプロセスが容易に作れる無機材料の報告例は無い。有機材料を用いた熱電変換素子は多くの場合、無機材料を熱電変換材料として、バインダーに用いることがほとんどである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、ｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属の間に積層し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料に挟まれた金属と、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
熱電変換素子を安価でフレキシブルな素子として用いるためには原材料が豊富にあり良好な加工性を有することが必要であると考えられる有機材料はこの点で最適であると考えられる。さらに一般に有機材料は熱伝導率が低く、熱電素子としては適している。そこで、より効率の良い熱電変換素子を作るためにはゼーベック定数が大きい材料を用いるのに加えて、異なった準位を有する材料を組み合わせて用いることや金属間の材料を他層構成にすること、ドーピング層を用いること、ｎ型半導体部分には無機材料を用いることによってフレキシブル性を有機部分にするなどの手法が望まれている。
【０００６】
すなわち、図１に示される１，２にｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【０００７】
さらに、図１に示される１，２の層が有機材料の多層構造であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
【０００８】
さらに、図１に示される１，２の層の少なくともどちらかがが有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【０００９】
さらに、図１に示される１，２の層が有機材料の多層構造を有し、その中の少なくとも一層が有機化合物に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であり、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１０】
さらに、図１に示される１にｐ型の導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１１】
さらに、図１に示される１にｐ型である多層の導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする請求項５記載の熱電変換素子である。
【００１２】
さらに、図１に示される１にｐ型の有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料を、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１３】
さらに、図１に示される１にｐ型の有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料を多層積層し、２にｎ型の金属または無機材料もしくは両者の混合物を金属４間に積層し、さらにその両側を金属電極３，５で狭持し、４と３，５の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１４】
さらに、図１に示される構成が多数つながっていることを特徴とする熱電変換素子である。
【００１５】
熱電変換素子に用いられる材料は高いゼーベック係数を有することが重要であることは言うまでも無い。用いられる有機材料は有機半導体材料であり、蒸着や塗布、ラミネートもしくはインクジェットにて製膜することが出来る。また、有機材料は温度の小さい環境ではバンドギャップの狭い有機材料が好ましく、素子を直列でつなげることによって高電圧の起電力を生み出すことが可能である。また、電流をより多く流すために並列につなぐことが効果的である。そこで直列と並列を組み合わせることによってより効率的に目的とする起電力を生み出すことが出来る。また、材料の分子構造は分子間が高秩序な材料を用いる方が好ましい。また、いくつかの有機材料を積層することや、有機物を混合した層を用いたり、有機層中に無機材料や無機塩、もしくは有機酸や有機塩基をドーピングすることによって界面との接触を改善したり、有機層の移動度を高めることが出来る。金属電極は金属原子もしくは金属のような性質を有するグラファイトのような物からなる。
【００１６】
本実施の形態で示した熱電変換素子はフレキシブル性を有することや薄型化が可能でありプロセスも高密度化が容易に行うことが出来る温度差によって起電力を生むことが出来る素子である。
【００１７】
詳しくは体温や太陽光などの外気との温度差を利用して動く表示装置、Ｉ３、Ｉ４タグ等、または活動時に発熱を伴うＭＰＵやモーターなどの電力回生装置等として用いることが可能である。
【００１８】
以下に具体的に説明する。
【００１９】
白金電極３，５上の１にポリチオフェン、２にバソフェナントロリン：セシウム（９：１）をそれぞれ１０００オングストローム積層したのち、４に白金を１０ミクロン積層した．この素子を３と５を直列に１００個の素子を接続した後、４側に４０度、３，５側に２０度にし、温度差を持たせたところ、起電力を生み出すことを確認した。
【００２０】
【発明の効果】
低コストで良好な加工性を持つ有機材料を素子に用いた発電用熱電素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱電変換素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 導電性有機材料
２ 導電性有機材料
３ 金属電極
４ 金属
５ 金属電極
Claims (8)
- ｐ型、ｎ型の導電性有機材料を金属の間に積層し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料に挟まれた金属と、前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
- 前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料が多層構造であることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。
- 前記ｐ型、ｎ型の導電性有機材料の少なくともどちらかがが有機材料に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱電変換素子。
- ｐ型、ｎ型の導電性有機材料は、多層構造を有し、その中の少なくとも一層が有機化合物に金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に載の熱電変換素子。
- ｐ型の導電性有機材料と、ｎ型の金属、無機材料又は前記金属と無機材料の混合物を金属の間に積層し、前記ｐ型の導電性有機材料と、ｎ型の金属、無機材料又は前記金属と無機材料の混合物の両側を金属電極で狭持し、前記ｐ型の導電性有機材料と、前記ｎ型の金属、無機材料又は金属と無機材料の混合物に挟まれた金属と、前記ｐ型の導電性有機材料と、ｎ型の金属、無機材料又は前記金属と無機材料の混合物の両側の金属電極の温度差で電位差、電流を発生させることを特徴とする熱電変換素子。
- 前記ｐ型の導電性有機材料は、多層の導電性有機材料であることを特徴とする請求項５記載の熱電変換素子。
- 前記ｐ型の有機材料は、金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料であることを特徴とする請求項５又は６に記載の熱電変換素子。
- 前記ｐ型の有機材料は、金属、無機材料、酸もしくは塩基をドーピングした導電性有機材料を多層積層していることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003094814A JP2004303930A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 熱電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003094814A JP2004303930A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 熱電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004303930A true JP2004303930A (ja) | 2004-10-28 |
Family
ID=33407300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003094814A Pending JP2004303930A (ja) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | 熱電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004303930A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010040998A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Kelk Ltd | 熱電変換モジュールの製造方法 |
| JP2010199276A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Konica Minolta Holdings Inc | 熱電変換素子およびその製造方法 |
| JP2012504927A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-02-23 | ランダ コーポレーション リミテッド | 電気発生のためのデバイスおよび方法 |
| WO2014156717A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換材料、熱電変換素子、熱電発電用物品及びセンサー用電源 |
| WO2015050077A1 (ja) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール |
| CN105024006A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-11-04 | 东华大学 | 一种热电复合材料及其制备方法 |
-
2003
- 2003-03-31 JP JP2003094814A patent/JP2004303930A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010040998A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | Kelk Ltd | 熱電変換モジュールの製造方法 |
| JP2012504927A (ja) * | 2008-08-28 | 2012-02-23 | ランダ コーポレーション リミテッド | 電気発生のためのデバイスおよび方法 |
| JP2016106513A (ja) * | 2008-08-28 | 2016-06-16 | ランダ ラブズ （２０１２） リミテッド | 電気発生のためのデバイスおよび方法 |
| JP2010199276A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Konica Minolta Holdings Inc | 熱電変換素子およびその製造方法 |
| WO2014156717A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換材料、熱電変換素子、熱電発電用物品及びセンサー用電源 |
| JP2014209531A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-11-06 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換材料、熱電変換素子、熱電発電用物品及びセンサー用電源 |
| CN105103316A (zh) * | 2013-03-29 | 2015-11-25 | 富士胶片株式会社 | 热电转换材料、热电转换元件、热电发电用物品和传感器用电源 |
| US9660166B2 (en) | 2013-03-29 | 2017-05-23 | Fujifilm Corporation | Thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element, article for thermoelectric power generation and power supply for sensor |
| WO2015050077A1 (ja) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール |
| JP2015092557A (ja) * | 2013-10-03 | 2015-05-14 | 富士フイルム株式会社 | 熱電変換モジュール |
| CN105024006A (zh) * | 2015-06-17 | 2015-11-04 | 东华大学 | 一种热电复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3828924B2 (ja) | 熱電変換素子とその製造方法、およびこの素子を用いた熱電変換装置 | |
| JP4078392B1 (ja) | 熱発電素子を用いた発電方法、熱発電素子とその製造方法、ならびに熱発電デバイス | |
| US7560639B2 (en) | Electric power generation method using thermoelectric power generation element, thermoelectric power generation element and method of producing the same, and thermoelectric power generation device | |
| Sumino et al. | Thermoelectric properties of n-type C60 thin films and their application in organic thermovoltaic devices | |
| US7777126B2 (en) | Thermoelectric device with thin film elements, apparatus and stacks having the same | |
| US7449628B2 (en) | Electric power generation method using thermoelectric power generation element, thermoelectric power generation element and method of producing the same, and thermoelectric power generation device | |
| JP2006086510A (ja) | 熱電変換装置及びその製造方法 | |
| US11211539B2 (en) | Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module | |
| JP5775163B2 (ja) | 熱電変換素子及びそれを用いた熱電変換モジュール | |
| JP6553191B2 (ja) | 熱電変換モジュール | |
| JP2004303930A (ja) | 熱電変換素子 | |
| JP6565689B2 (ja) | 熱電変換素子、熱電変換素子モジュールおよび熱電変換素子の製造方法 | |
| JP6505585B2 (ja) | 熱電変換素子 | |
| JP5923332B2 (ja) | 熱電変換素子、熱電変換発電装置および発電方法 | |
| JP2012138539A (ja) | 熱電変換材料と電界印加型熱電変換素子 | |
| JP5664158B2 (ja) | 熱電変換モジュール | |
| JP2016054254A (ja) | 熱電変換素子 | |
| JP2016192424A (ja) | 熱電変換素子および熱電変換モジュール | |
| US20110284048A1 (en) | Multi-layer superlattice quantum well thermoelectric material and module | |
| JP2001326394A (ja) | 電気絶縁膜を有する熱電発電素子モジュール | |
| JP5176602B2 (ja) | 熱発電デバイス素子 | |
| JP5176607B2 (ja) | 熱発電デバイス素子 | |
| JP2015179745A (ja) | 熱電変換素子及びその製造方法 | |
| JP2001007409A (ja) | 熱電変換素子 | |
| WO2018061460A1 (ja) | 熱電変換装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060214 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081128 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081202 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090303 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090630 |