JP2007116087A

JP2007116087A - 熱電素子

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Publication number: JP2007116087A
Application number: JP2006174221A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asatani; 崇史麻谷; Fujimi Kimura; 富士巳木村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2007-05-10
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Abstract

【課題】素子の不良を抑制することが可能な熱電素子を提供する。
【解決手段】熱電素子１０は、高温側の第１の基板１１と、第１の基板に対向し低温側の第２の基板１２と、第２の基板１２上にシリコン層２０を介して設置された熱電材料１５と、第１の基板１１上に形成された第１の電極１３と、シリコン層２０上に形成された第２の電極１４とを備える。熱電素子１０は、更に第１の電極１３と熱電材料１５との間に形成され、複数の柱部１６ａを備える応力緩和部１６を備える。応力緩和部１６によって、熱電素子１０内に生じる応力によって熱電素子１０内に亀裂が生じる等の不良を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ゼーベック効果等の熱電効果を用いた熱電素子に関する。

従来、デバイス内の温度差を利用した発電装置、デバイス内の局所冷却装置等として、熱電効果を利用した熱電素子が用いられている。熱電素子は、例えば半導体等の熱電半導体等の一方の端を加熱し、他方の端を冷却することによって熱電半導体内に温度勾配を生じさせ、熱電効果によって熱電半導体の低温端と高温端との間に電流を流し、熱起電力を発生させるものである。

このような熱電素子は、特許文献１に示すように高温側の基板と低温側の基板との間に複数の熱電素子が配置された構造を採る。
特開２００２−３３５０２１号公報

例えば、特許文献１に開示された熱電装置では、高温側の基板と低温側の基板とは温度が異なるため、それぞれの基板が膨張する程度に差が生じる。この差によって熱電装置を構成する熱電素子全体がひずみ、熱電素子内に亀裂が生ずる、熱電素子内の電極等の接触が不良となる等の不良が生じる可能性があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、応力によって生ずる不良を抑制することが可能な熱電素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる熱電素子は、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられた熱電材料と、
前記熱電材料の高温部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の低温部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる熱電素子は、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、温度勾配によって熱起電力が生ずる熱電材料と、
前記熱電材料の低温部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の高温部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点にかかる熱電素子は、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、電流によって熱移動を生じさせる熱電材料と、
前記熱電材料の吸熱部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の発熱部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第４の観点にかかる熱電素子は、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、電流によって熱移動を生じさせる熱電材料と、
前記熱電材料の発熱部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の吸熱部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第５の観点にかかる熱電素子は、
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、温度勾配によって熱起電力が生ずる熱電材料と、
前記第１の基板上に、前記第２の基板と対向する面に形成された第１の電極と、
前記熱電材料に電気的に接続され、前記熱電材料を介して第１の電極に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料との間に設けられ、前記第１の電極と前記熱電材料とを電気的に接続し、少なくとも一つ以上の柱部から構成される応力緩和部と、を備えることを特徴とする。

前記熱電材料は薄膜であり、
前記熱電材料を支える支持体が前記熱電材料の外周部に設置され、
前記熱電材料を支持可能なように該支持体は枠状に形成されてもよい。

前記熱電材料はスペーサを介して前記第２の基板上に設置されており、
前記第２の基板上には下部電極が形成され、
前記第２の電極と前記下部電極とは電気的に接続されてもよい。

前記熱電材料は、スペーサを介して前記第２の基板上に設置されており、前記スペーサは移動可能な状態で前記第２の基板上に設置されてもよい。

前記熱電材料は薄膜であり、
前記スペーサは枠状に形成され、前記熱電材料の外周部に設置され、支持体として前記熱電材料を支持してもよい。

前記可撓性を有する応力緩和部の少なくとも一部は、カーボンナノチューブから構成されてもよい。

前記熱電材料と、前記第２の基板との間に、可撓性を有する少なくとも一つ以上の第２の応力緩和部を更に備えてもよい。

前記第２の応力緩和部が柱部を備えてもよい。

複数のＮ型およびＰ型の熱電材料を備え、前記熱電材料のそれぞれに対して前記第１の電極と前記第２の電極が接続され、前記Ｎ型の熱電材料と、前記Ｐ型の熱電材料とは交互に並んで配置されており、前記Ｎ型の熱電材料と前記Ｐ型の熱電材料が直列になるように、前記Ｎ型の熱電材料に接続された第１の電極と、前記Ｎ型の熱電材料の一端に隣接する前記Ｐ型の熱電材料に接続された第１の電極とは、電気的に接続され、前記Ｎ型の熱電材料に接続された第２の電極と、前記Ｎ型の熱電素子の他端に隣接する前記Ｐ型の熱電材料に接続された第２の電極とは、電気的に接続されてもよい。

熱電材料を外気から遮断する封止部を更に備えてもよい。

前記封止部は、超弾性金属から形成されてもよい。

前記第１の基板及び／又は前記第２の基板上に設置され、前記熱電材料より広い面積を備える集熱板を更に備えてもよい。

前記第１の基板上に設置された集熱板と前記第１の基板との間、及び／又は前記第２の基板上に設置された集熱板と前記第２の基板との間に、応力緩和部を備えてもよい。

前記応力緩和部の少なくとも一部は、カーボンナノチューブから構成されてもよい。

本発明によれば、基板と熱電材料との間に応力緩和部を設けることによって、応力によって素子内に生ずる不良を抑制することが可能な熱電素子を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る熱電素子について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る熱電素子１０を図１及び図２に示す。なお、図１では説明の便宜のため、図２に示す第１の基板１１及び第２の基板１２を省略して図示している。

熱電素子１０は、図１及び図２に示すように、第１の基板１１と、第２の基板１２と、第１の電極１３と、第２の電極１４と、熱電材料１５と、応力緩和部１６と、シリコン層２０と、絶縁層２１と、を備える。

第１の基板１１は、高温熱源部（図示せず）からの熱伝導を受け、高温となるため、第１の基板１１内に生ずる応力の発生を抑制するため線膨張係数の小さい材料から形成されるのが好ましく、例えばインバー合金等から構成される。また、第１の基板１１上には高温熱源（図示せず）が設置されており、第１の基板１１の下面に絶縁層１３ａを介して第１の電極１３が形成される。なお、第１の基板１１を線膨張係数の小さいガラスによって形成することも可能である。さらに、線膨張係数の小さいガラス等と熱伝導の良い材料とを組み合わせた素材から形成することも可能である。

第２の基板１２は、例えば第１の基板１１と同様にインバー合金から構成される。第２の基板１２下には冷却部（図示せず）が設置されており、シリコン層２０等を介し、熱電材料１５の両端を低温に保つ。また、第２の基板１２の上面には有機グリース等から構成される接着層（図示せず）を介してシリコン層２０が移動可能な状態に配置される。なお、接着層としては、インジウム・ガリウム合金等を用いることも可能である。

第１の電極１３は、導電材料、例えば銅等から構成され、図２に示すように第１の基板１１の下面に絶縁層１３ａを介して形成される。絶縁層１３ａによって第１の基板１１と第１の電極１３とは絶縁される。なお、絶縁層１３ａは第１の基板１１を導電材料から形成する場合にのみ必要であり、第１の基板１１を絶縁材料から形成する場合は絶縁層１３ａを省略することが可能である。また、第１の電極１３の下面には、応力緩和部１６が設置される。第１の基板１１が高温熱源部によって熱せられると、第１の電極１３から、応力緩和部１６等を介して熱電材料１５に熱伝導が生じる。また、後述するように熱電材料１５をＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成する場合、第１の電極１３は陽電極として機能する。

第２の電極１４は、導電材料、例えば銅等から形成される。第２の電極１４は、熱電材料１５の側面と上面の一部及び絶縁層２１を覆うように、熱電材料１５の両端に形成される。また、第２の電極１４は、熱電材料１５をＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成する場合、陰電極として機能する。

熱電材料１５は、例えばＳｉＧｅ／ＳｉからなるＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成される。図１に示すように熱電材料１５の中央部に応力緩和部１６が形成されており、熱電材料１５の両端にシリコン層２０が形成される。従って、第１の基板１１が熱せられ、第２の基板１２が冷却されると、熱電材料１５の中央部の温度が高くなり、熱電材料１５の両端部の温度が低くなる。このようにして熱電材料１５の中央部から両端部にかけて２方向に温度勾配が生ずる。この温度勾配による熱電効果によって、熱電材料１５の高温部と低温部との間に電位差が生じる。

応力緩和部１６は、柱状且つ断面形状が円形に形成された複数の柱部１６ａと、平面形状が略方形に形成された平板部１６ｂとを備える。また応力緩和部１６は、図１に示すように熱電材料１５の中心線Ｘに沿って形成され、また図２に示すように、柱部１６ａは、第１の電極１３と平板部１６ｂとの間に形成される。柱部１６ａは、第１の電極１３と熱電材料１５間に形成されるため伝導性が高く、且つ熱伝導性の高い素材、また、変位を吸収するため可撓性を備える素材から形成されるのが好ましく例えば銅、銅合金、カーボンナノチューブ等から構成される。

また、応力緩和部１６は、熱電素子１０内に生じる応力、例えば第１基板１１と第２の基板１２との膨張の差等によって生ずるひずみ等によって熱電素子１０内に亀裂が生じる、電極等の接触不良が生じる等により、熱電素子１０が動作不良となるのを防ぐ。従って、応力により変形が容易な形状に形成されるのが好ましく柱状に形成されるのが好ましい。なお、柱部１６ａの断面形状は円形に限られず、方形、多角形であってもよい。

シリコン層２０は、冷却部によって熱電材料１５の両端が良好に低温となるよう熱伝導性の優れた材料から形成されるのが好ましく、本実施の形態ではシリコンから形成される。シリコン層２０は、第２の基板１２上に設置された第１シリコン層２０ａと、熱電材料１５と絶縁層２１間に形成された第２シリコン層２０ｂとを備え、スペーサとして機能する。また、第１シリコン層２０ａと第２の基板１２との間には有機グリース等の接着層が形成されており、シリコン層２０は、第２の基板１２上を移動可能な状態に設置される。従って、例えば第１の基板１１が熱によって膨張した場合であっても、第１の基板１１の変形に応じて、シリコン層２０が適度に位置を変え、熱電材料１５、第２の電極１４等に集中する力を分散させることができ、また応力緩和部１６に過度に応力が集中することを防ぐことができるため、熱電素子１０内に生じる不良を更に良好に抑制することができる。

絶縁層２１は、絶縁材料、例えばシリコン酸化膜等から形成される。絶縁層２１は、第１シリコン層２０ａと第２シリコン層２０ｂとの間に形成される。また、絶縁層２１上には、第２の電極１４が形成されており、絶縁層２１は、第２の電極１４とシリコン層２０とを絶縁する。

なお、第１の基板１１と第２の基板１２との間には、熱電材料１５、応力緩和部１６等を囲むように熱伝導性の低い素材からなる封止部（図示せず）が形成されており、この封止部によって、第１の基板１１と、第２の基板１２との間は、真空に封止されている。このように真空に封止されることによって第１の基板１１と第２の基板１２との間は良好に断熱される。

上記の構成を採る熱電素子１０は、応力緩和部１６を備えることによって、例えば第１の基板１１が加熱され、第２の基板１２が冷却され、第１の基板１１と第２の基板１２間に変位の差が生じた場合であっても、応力緩和部１６の変形によって、変位の差を吸収することができるため、熱電材料１５等に亀裂を生じさせることを抑制することができる。

また、特に熱電素子１０は、シリコン層２０が有機グリースで移動可能に設置されていることから、応力緩和部１６のみを備える場合と比較して、更に水平方向の変位を吸収ことができ、熱電素子１０に生じる不良を抑制することが可能である。このように本発明によれば、応力による不良を良好に抑制することが可能な熱電素子を提供することができる

なお、熱電素子１０は、Ｎ型の超格子熱電材料から構成される場合だけでなく、例えばＢ_４Ｃ／Ｂ_９Ｃ等のＰ型の超格子熱電材料から形成することも可能である。

また、熱電素子１０は単独で利用される場合に限られず、図１及び図２に示す熱電素子１０を複数個、並列又は直列に接続し、熱電装置を構成することも可能である。また、熱電材料としてＰ型の超格子熱電材料を用いた熱電素子と、Ｎ型の超格子熱電材料を用いた熱電素子とを交互に接続し熱電装置を構成することも可能である。これらは、適宜組み合わせることが可能である。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る熱電素子３０を図３及び図４に示す。本実施の形態の熱電素子３０が、第１の実施の形態に係る熱電素子１０と異なるのは、第２の基板１２とシリコン層２０との間にも、応力を緩和する第２の応力緩和部３１が設けられている点にある。第１の実施の形態と共通する部分に関しては、同一の引用番号を付し、詳細な説明を省略する。

熱電素子３０は、図３及び図４に示すように第１の基板１１と、第２の基板１２と、第１の電極１３と、第２の電極１４と、熱電材料１５と、応力緩和部１６と、シリコン層２０と、絶縁層２１と、第２の応力緩和部３１と、を備える。

第２の応力緩和部３１は、第２の基板１２と、シリコン層２０との間に形成される。第２の応力緩和部３１は、応力緩和部１６と同様に、熱伝導性の高い素材から形成されるのが好ましく、例えば銅、銅合金、カーボンナノチューブ等から形成される。また、第２の応力緩和部３１は、柱状且つ断面形状が円形に形成された柱部を複数備える。なお、第１の実施の形態と異なり、第２の応力緩和部３１と、第２の基板１２との間はグリース等の接着層が形成されておらず、第２の応力緩和部３１は、第２の基板１２上に固定されている。

本実施の形態の熱電素子３０は、第２の基板１２と、シリコン層２０との間に第２の応力緩和部３１を備えることによって、例えば第１の基板１１が加熱され、第２の基板１２が冷却されて収縮した場合等、線膨張係数の差等によって第１の基板１１と第２の基板１２との間に変位の差が生じた場合であっても、応力緩和部１６及び第２の応力緩和部３１の変形によって変位の差を吸収することができるため熱電材料１５等に亀裂を生じさせることを抑制することができる。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る熱電素子５０を図５に示す。本実施の形態の熱電素子５０が、熱電素子１０及び熱電素子３０と異なるのは、シリコン層２０が開口部２０ｃを備え、第３の応力緩和部５１の一部が電極５６と第２の電極５４との間に設置される点にある。上述した第１の実施の形態及び第２の実施形態と共通する部分に関しては、同一の引用番号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る熱電素子５０は、図５に示すように第１の基板１１と、第２の基板１２と、第１の電極１３と、第２の電極５４と、熱電材料１５と、応力緩和部１６と、電極５６と、シリコン層２０と、絶縁層２１と、第３の応力緩和部５１と、第２の電極５４と、を備える。

第３の応力緩和部５１は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様に熱伝導性に優れた材料から形成されるのが好ましく、例えば銅、カーボンナノチューブ、銅合金等から形成される。また、第３の応力緩和部５１は、図５に示すように、シリコン層２０に形成された貫通孔２０ｃを介して電極５６と第２の電極５４との間に設置された柱部５１ａと、シリコン層２０と第２の電極５４との間に設置された柱部５１ｂと、を備える。柱部５１ａ及び５１ｂは、それぞれ断面形状が円形に形成される。柱部５１ａが電極５６を介して熱電材料１５と接続されることによって、熱によって生ずる第１の基板１１及び第２の基板１２の変位の差をより効率的に吸収することができる。なお、柱部５１ａ及び５１ｂは円形に限らず、方形、多角形に形成されても良い。５１ａと５１ｂの径は同一に形成されても異なって形成されても良く、例えば５１ａの方が大きい径を備えても良い。

第２の電極５４は、絶縁層５４ａを介して第２の基板１２上に形成される。また、第２の電極５４上には第３の応力緩和部５１の柱部５１ａ及び５１ｂが形成される。なお、絶縁層５４ａは、第２の基板１２が導電材料で形成される場合に特に必要であり、例えば第２の基板１２が絶縁材料から形成される場合、絶縁層５４ａは省略することが可能である。

シリコン層２０は、２０ａ及び２０ｂを貫通するように形成された貫通孔２０ｃを備える。

このように、本実施の形態の熱電素子５０は、柱部５１ａが電極５６を介して接続されることから、例えば第１の基板１１が加熱され、第２の基板１２が冷却されて収縮した場合等、熱膨張の差等によって第１の基板１１と第２の基板１２との間に変位の差が生じた場合であっても、応力緩和部１６及び第３の応力緩和部５１の変形によって変位の差を吸収することができるため熱電材料１５等に亀裂を生じさせることを抑制することができる。特に、本実施の形態の第３の応力緩和部５１は、柱部５１ａが電極５６を介して熱電材料１５に接続されることから、更に良好に変位を吸収することができる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る熱電素子を図６（ａ）及び（ｂ）に示す。
本実施の形態に係る熱電素子１００は、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の基板１１１と、第２の基板１１２と、第１の電極１１３と、第２の電極１１４と、熱電材料１１５と、応力緩和部１１６と、ＳＧ層１２０と、絶縁層１２１と、シリコン層１２２と、貫通電極１２３と、下部電極１２４と、を備える。

第１の基板１１１は、高温熱源部（図示せず）からの熱伝導を受け、高温となるため、第１の基板１１１内に生ずる応力の発生を抑制するため線膨張係数の小さい材料から形成されるのが好ましく、例えばインバー合金等から構成される。また、第１の基板１１１上には高温熱源（図示せず）が設置されており、第１の基板１１１の下面に絶縁層（図示せず）を介して第１の電極１１３が形成される。なお、第１の基板１１１を線膨張係数の小さいガラスによって形成することも可能である。さらに、線膨張係数の小さいガラス等と熱伝導の良い材料とを組み合わせた素材から形成することも可能である。

第２の基板１１２は、例えば第１の基板１１１と同様にインバー合金から構成される。第２の基板１１２下は、大気にさらされている、又は冷却源（図示せず）が設置されており、ＳＧ層１２０と、絶縁層１２１と、シリコン層１２２と、貫通電極１２３と、下部電極１２４と、を介し、熱電材料１１５の周辺領域を低温に保ち、熱電材料１１５の周辺領域と中心領域とで温度勾配を生じさせる。また、第２の基板１１２の上面には絶縁層（図示せず）を介して下部電極１２４が設置される。

第１の電極１１３は、導電材料、例えば銅等から構成され、図６（ｂ）に示すように第１の基板１１１の下面に絶縁層（図示せず）を介して設置される。絶縁層によって第１の基板１１１と第１の電極１１３とは絶縁される。なお、絶縁層は第１の基板１１１を導電材料から形成する場合にのみ必要であり、第１の基板１１１を絶縁材料から形成する場合は絶縁層を省略することが可能である。また、第１の電極１１３の下面には、応力緩和部１１６が設置される。第１の基板１１１が高温熱源部によって熱せられると、第１の電極１１３から、応力緩和部１１６等を介して熱電材料１１５に熱伝導が生じる。また、後述するように熱電材料１１５をＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成する場合、第１の電極１１３は陽電極として機能する。

第２の電極１１４は、導電材料、例えば銅等から形成される。第２の電極１１４は、図６（ａ）に示すように熱電材料１１５の端を覆うように、絶縁材料１１５の周辺領域に設置される。また、第２の電極１１４は、熱電材料１１５をＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成する場合、陰電極として機能する。

熱電材料１１５は、例えばＳｉＧｅ／ＳｉからなるＮ型の薄膜超格子熱電半導体から構成される。図６（ａ）に示すように熱電材料１１５の中心領域に応力緩和部１１６が形成されており、熱電材料１１５の周辺領域に第２の電極１１４が形成される。従って、第１の基板１１１が熱せられ、第２の基板１１２が冷却されると、熱電材料１１５の中心領域の温度が高くなり、熱電材料の周辺領域の温度が低くなる。このようにして熱電材料１１５の中央部から周辺領域にかけて温度勾配が生ずる。この温度勾配による熱電効果によって、熱電材料１１５の高温部と低温部との間に電位差が生じる。

応力緩和部１１６は、柱状且つ断面形状が円形に形成された複数の柱部１１６ａと、平面形状が略方形に形成された平板部１１６ｂとを備える。また応力緩和部１１６は、図６（ａ）に示すように熱電材料１１５の中心領域に略方形状に複数本が配置され、また図２に示すように、第１の電極１１３と熱電材料１１５との間に形成される。応力緩和部１１６は、第１の電極１１３と熱電材料１１５との間に形成されるため伝導性が高く、且つ熱伝導性の高い素材、また、変位を吸収するため可撓性を備える素材から形成されるのが好ましく例えば銅、銅合金、カーボンナノチューブ等から構成される。

また、応力緩和部１１６は、熱電素子１００内に生じる応力、例えば第１基板１１１と第２の基板１１２との膨張の差等によって生ずるひずみ等によって熱電素子１００内に亀裂が生じたり、電極等の接触不良が生じたりすることにより、熱電素子１００が動作不良となるのを防ぐ。従って、応力により変形が容易な形状に形成されるのが好ましく柱状に形成されるのが好ましい。なお、柱部の断面形状は円形に限られず、方形、多角形、楕円形等であってもよい。

ＳＧ層１２０は、例えばＳｉＧｅから構成される。ＳＧ層１２０の上面には、例えばＳｉＧｅ／Ｓｉ層からなる超格子熱電材料が形成される。なお、ＳＧ層１２０はＳｉＧｅから構成される場合に限られず、Ｓｉから構成されても良い。なお、ＳＧ層１２０を構成するＳｉＧｅは、熱伝導が低いため、熱のロスが少なく、熱電材料１１５による発電の効率を低下させることがなく、好ましい。

絶縁層１２１は、絶縁材料、例えばシリコン酸化膜等から形成される。絶縁層１２１は、ＳＧ層１２０とシリコン層１２２との間に形成される。絶縁層１２１は、平面形状は略方形の環状に形成される。絶縁層２１は、シリコン層１２２の加工時に熱電材料１１５をエッチングしないための阻止層として機能する。従って、絶縁層２１を用いなくとも十分高い加工精度が得られる場合は省略することも可能である。

シリコン層１２２は、冷却部によって熱電材料１１５の周辺領域が良好に低温となるよう熱伝導性の優れた材料から形成されるのが好ましく、本実施の形態ではシリコンから形成される。また、シリコン層１２２は、下部電極１２４上に固定されている。シリコン層１２２と絶縁層１２１とは、スペーサとして機能する。また、シリコン層１２２は、熱電材料１１５、ＳＧ層１２０が薄く形成され熱電材料１１５、ＳＧ層１２０のみでは、加工、設置の際の取り扱いに際して加わる力に対して十分な強度がない場合に、熱電材料１１５を支持する枠として熱電材料の破損を防止する役割がある。シリコン層１２２を設けることにより、熱電材料１１５として、薄膜の形成技術によってのみ形成できるＳｉＧｅ/Ｓｉ、Ｂ_４Ｃ/Ｂ_９Ｃといった超格子熱電材料など、高性能だが薄い膜形状でしか得られない熱電材料を使用することが可能になる。従って、高性能な熱電素子の作成が可能となる。

貫通電極１２３は、導体材料、例えば銅等から構成され、ＳＧ層１２０と、絶縁層１２１と、シリコン層１２２と、を貫通するように形成される。貫通電極１２３によって第２の電極１１４と、下部電極１２４とは電気的に接続される。また、貫通電極１２３または、ＳＧ層１２０、絶縁層１２１、およびシリコン層１２２を介して第２の基板１１２と第２の電極１１４との間で熱が伝達し、熱電材料１１５の周辺領域を中心領域と比較して低温に保ち、熱電材料１１５内に温度勾配を生じさせる。

下部電極１２４は、導体材料、例えば銅等から構成され、第２の基板１１２の上面に形成される。また、下部電極１２４の上面にはシリコン層１２２が設置される。

なお、第１の基板１１１と第２の基板１１２との間には、熱電材料１１５、応力緩和部１１６等を囲むように熱伝導性の低い素材からなる封止部（図示せず）が形成されており、この封止部によって、第１の基板１１１と第２の基板１１２との間は真空に封止されている。このように真空に封止されることによって第１の基板１１１と第２の基板１１２との間は良好に断熱される。

上記の構成を採る熱電素子１００は、熱電材料１１５の中心領域に形成された応力緩和部１１６を備えることによって、例えば第１の基板１１１が加熱され、第２の基板１１２が冷却され、熱膨張の差等によって第１の基板１１１と第２の基板１１２間に変位の差が生じた場合であっても、応力緩和部１１６の変形によって、変位の差を吸収することができるため、熱電材料１１５等に亀裂が生じることを抑制することができる。

なお、熱電素子１００は、Ｎ型の超格子熱電材料から構成される場合だけでなく、例えばＢ_４Ｃ／Ｂ_９Ｃ等のＰ型の超格子熱電材料から形成することも可能である。

また、熱電素子１００は単独で利用される場合に限られず、図６（ａ）及び（ｂ）に示す熱電素子１００を複数個、並列又は直列に接続し、熱電装置を構成することも可能である。また、熱電材料としてＰ型の超格子熱電材料を用いた熱電素子と、Ｎ型の超格子熱電材料を用いた熱電素子とを交互に接続し熱電装置を構成することも可能である。これらは、適宜組み合わせることが可能である。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る熱電素子２００を図７及び図８に示す。図７は、熱電素子２００の平面図であり、図８は図７のＤ−Ｄ’線断面図である。なお、熱電素子２００を構成する熱電セルとしては、第４の実施の形態の熱電素子１００から第１の基板１１１と第２の基板１１２を除いた部分から熱電セルが構成される場合を例として用いて説明する。

本実施の形態に係る熱電素子２００は、Ｎ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料２１５ｎを有するＮ型熱電セル２０１と、Ｐ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料２１５ｐを有するＰ型熱電セル２０２と、から構成される。

熱電素子２００は、複数のＮ型熱電セル２０１と、Ｐ型熱電セル２０２とを備え、図７に示すようにＮ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２とは、行方向に交互に配置され、このような行が複数設置され、全体としては複数のＮ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２とはマトリックス状に配置される。

Ｎ型熱電セル２０１は、図８に示すように第１の電極２１３ｎと、第２の電極２１４ｎと、Ｎ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料２１５ｎと、応力緩和部２１６ｎと、ＳＧ層２２０ｎと、絶縁層２２１ｎと、シリコン層２２２ｎと、貫通電極２２３ｎと、下部電極２２４ｎと、を備える。

Ｐ型熱電セル２０２も、Ｎ型熱電セル２０１と同様に図８に示すように第１の電極２１３ｐと、第２の電極２１４ｐと、Ｐ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料２１５ｐと、応力緩和部２１６ｐと、ＳＧ層２２０ｐと、絶縁層２２１ｐと、シリコン層２２２ｐと、貫通電極２２３ｐと、下部電極２２４ｐと、を備える。また、複数のＮ型熱電セル２０１と複数のＰ型熱電セル２０２とは、第１の基板２１１と、第２の基板２１２との間に設置される。

また、Ｎ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２とは、図８に示すように、それぞれ第１の基板２１１の下面に形成された第３の電極２０５と、第２の基板２１２の上面に形成された第４の電極２０６とによってそれぞれ電気的に接続される。具体的には、Ｎ型熱電セル２０１の第１の電極２１３ｎは、一方の端（図８では左側）に隣接するＰ型熱電セル２０２の第１の電極２１３ｐと、第３の電極２０５を介して電気的に接続される。また、Ｎ型熱電セル２０１の下部電極２２４ｎは、Ｎ型熱電セル２０１の他方の端（図８では右側）に隣接するＰ型熱電セル２０２の下部電極２２４ｐと第４の電極２０６を介して電気的に接続される。第３の電極２０５と第４の電極２０６とは、図７に示すように略方形状に形成される。

このように隣り合うＮ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２とを第３の電極２０５と第４の電極２０６とによって電気的に接続することによって、簡易な構造で複数の熱電セルを直列に接続することができる。この場合に、さらに直列接続の両端の第４の電極２０６は電力を取り出すための外部電極（図示せず）へと接続される。

なお、第３の電極２０５と第４の電極２０６の形状は、隣接するＮ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２を電気的に接続することができれば、平面形状は略方形に限られない。また、図７のようにＮ型熱電セル２０１とＰ型熱電セル２０２とを行方向に一列に接続するだけでなく、列方向に接続することも可能であるし、行方向と列方向それぞれに接続することも可能である。また、隣接するＮ型熱電セル同士、Ｐ型熱電セル同士を互いに並列に接続する場合には、例えばＮ型熱電セル２０１のシリコン層２２２ｎ、Ｐ型熱電セル２０２のシリコン層２２２ｐとをそれぞれ一体として形成することも可能である。このように隣接する同種のセル同士でシリコン層２２２ｎ、シリコン層２２２ｐを一体に形成することによって、熱電素子の製造コストを削減することができる。

（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る熱電素子３００を図９及び図１０に示す。本発明の実施の形態に係る熱電素子３００は、熱電素子３００を構成するセルが封止部によって封止されている点が他の実施の形態の熱電素子と異なる。ここで、熱電素子３００を構成する熱電セルは、第５の実施の形態の熱電素子２００と同様の構成を例に挙げて説明する。

本実施の形態に係る熱電素子３００は、Ｎ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料３１５ｎを有するＮ型熱電セル３０１と、Ｐ型の超格子熱電材料から形成された熱電材料３１５ｐを有するＰ型熱電セル３０２と、第１の基板３１１と第２の基板３１２との間に設けられた封止部３０８と、から構成される。

熱電素子３００は、複数のＮ型熱電セル３０１と、Ｐ型熱電セル３０２とを備え、図９に示すようにＮ型熱電セル３０１とＰ型熱電セル３０２とは、行方向に交互に配置され、このような行が複数設置され、全体としては複数のＮ型熱電セル３０１とＰ型熱電セル３０２とはマトリックス状に配置される。

Ｎ型熱電セル３０１は、図１０に示すように第１の電極３１３ｎと、第２の電極３１４ｎと、熱電材料３１５ｎと、応力緩和部３１６ｎと、ＳＧ層３２０ｎと、絶縁層３２１ｎと、シリコン層３２２ｎと、貫通電極３２３ｎと、下部電極３２４ｎと、を備える。

Ｐ型熱電セル３０２も、Ｎ型熱電セル３０１と同様に図１０に示すように第１の電極３１３ｐと、第２の電極３１４ｐと、熱電材料３１５ｐと、応力緩和部３１６ｐと、ＳＧ層３２０ｐと、絶縁層３２１ｐと、シリコン層３２２ｐと、貫通電極３２３ｐと、下部電極３２４ｐと、を備える。

また、複数のＮ型熱電セル３０１と複数のＰ型熱電セル３０２とは、第１の基板３１１と、第２の基板３１２との間に設置され、Ｎ型熱電セル３０１とＰ型熱電セル３０２とは、図１０に示すように、それぞれ第１の基板３１１の下面に形成された第３の電極３０５と、第２の基板３１２の上面に形成された第４の電極３０６とによってそれぞれ電気的に直列に接続される。さらに直列接続の両端の第４の電極３０６は電力を取り出すための外部電極３５０へと接続される。

更に、本実施の形態では第１の基板３１１と第２の基板３１２との間に、封止部３０８が設置される。封止部３０８は、超弾性を備える材料から形成され、具体的には例えば、チタンからなる合金から構成される。封止部３０８によって、封止部３０８と第１の基板３１１と第２の基板３１２との間の空間、つまりＮ型熱電セル３０１とＰ型熱電セル３０２が設置された空間を真空に保つことができる。また、特に、超弾性を備える材料から封止部３０８を形成することにより、応力による歪み等によって、封止部３０８に亀裂等が生じることを防ぐことができ、Ｎ型熱電セル３０１、Ｐ型熱電セル３０２が設置された空間を良好に真空に保つことができる。第１の基板３１１と封止部３０８は、同一の材質で一体に形成しても良い。封止部３０８が超弾性金属などの導電性を持つ素材からなる場合には、外部電極３５０へ接続される第４の電極３０６と封止部３０８との間に第４の電極３０６と封止部３０８を絶縁するための絶縁層３５１が形成される。

（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態に係る熱電素子４００を図１１に示す。
本実施の形態に係る熱電素子は、高温側の基板である第１の基板上に設置された応力緩和層を備える。また、熱電素子を構成する熱電セル及びセルの配置は、第６の実施の形態の熱電素子３００の構成を例に挙げて説明する。

熱電素子４００は、第６の実施の形態の熱電素子３００と同様に、Ｎ型熱電セル４０１と、Ｐ型熱電セル４０２と、封止部４０８を備え、熱電素子３００との相違点として、それに加えて応力緩和層４０９を備える。

Ｎ型熱電セル４０１は、図１１に示すように第１の電極４１３ｎと、第２の電極４１４ｎと、熱電材料４１５ｎと、応力緩和部４１６ｎと、ＳＧ層４２０ｎと、絶縁層４２１ｎと、シリコン層４２２ｎと、貫通電極４２３ｎと、下部電極４２４ｎと、を備える。Ｐ型熱電セル４０２も、Ｎ型熱電セル４０１と同様に第１の電極４１３ｐと、第２の電極４１４ｐと、熱電材料４１５ｐと、応力緩和部４１６ｐと、ＳＧ層４２０ｐと、絶縁層４２１ｐと、シリコン層４２２ｐと、貫通電極４２３ｐと、下部電極４２４ｐと、を備える。また、複数のＮ型熱電セル４０１と複数のＰ型熱電セル４０２とは、第１の基板４１１と、第２の基板４１２との間に設置され、Ｎ型熱電セル４０１とＰ型熱電セル４０２とは、図１１に示すように、それぞれ第１の基板４１１の下面に形成された第３の電極４０５と、第２の基板４１２の上面に形成された第４の電極４０６とによってそれぞれ電気的に直列に接続される。さらに直列接続の両端の第４の電極４０６は電力を取り出すための外部電極４５０へと接続される。また、第１の基板４１１と第２の基板４１２との間の空間は、封止部４０８によって封止されている。封止部４０８が超弾性金属などの導電性を持つ素材からなる場合には、外部電極４５０へ接続される第４の電極４０６と封止部４０８との間に第４の電極４０６と封止部４０８を絶縁するための絶縁層４５１が形成される。

応力緩和層４０９は、第１の基板４１１上に設置される。応力緩和層４０９は、第１の基板４１１への熱伝導を良好に生じさせるよう熱伝導性の高い材料、且つ高温熱源部によって第１の基板４１１等に生ずる変位を吸収するため、可撓性を備える材料から形成されることが好ましく、例えば、垂直に配向したカーボンナノチューブから形成される。また、カーボンナノチューブとしては、シングルウォールカーボンナノチューブを用いるのが好ましい。

なお、応力緩和層４０９は２種類以上の材料を複合化した複合材料から形成されてもよい。応力緩和層４０９が複合材料から形成される場合、応力緩和層４０９は第１の基板４１１側は、第１の基板４１１と同一の材料、もしくは第１の基板４１１と近い線膨張係数を有する材料から形成され、熱源部側は、熱源部と同一材料もしくは、熱源部と線膨張係数を備える材料から形成された材料を用いるのが好ましく、更にこれらの材料の混合割合が、第１の基板４１１側から熱源部側に従って連続的に変化すると線膨張係数の差による亀裂の発生等を良好に防ぐことができ更に好ましい。

このように第１の基板４１１上に応力緩和層４０９を設けることによって、高温熱源部によって第１の基板４１１等に変位が生じた場合であっても、熱電素子４００を構成するＮ型熱電セル４０１、Ｐ型熱電セル４０２等に亀裂が生ずる等の不良が生ずることを防ぐことができる。

なお、応力緩和層は第１の基板４１１上に設けられる場合に限られず、第２の基板４１２上に設けることもできるし、第１の基板４１１と第２の基板４１２の双方に設けることも可能である。

（第８の実施の形態）
本発明の第８の実施の形態に係る熱電素子５００について図を用いて説明する。本実施の形態に係る熱電素子５００は、集熱板５０３および／または、放熱板５０４を備える点に特徴がある。熱電素子５００のその他の構成は、第６の実施の形態に係る熱電素子３００を例に挙げて説明する。

熱電素子５００は、図１２及び１３に示すように第１の基板５１１と、第２の基板５１２と、Ｎ型熱電セル５０１と、Ｐ型熱電セル５０２と、集熱板５０３とおよび／または、放熱板５０４と、封止部５０８と、を備える。

Ｎ型熱電セル５０１は、図１３に示すように第１の電極５１３ｎと、第２の電極５１４ｎと、熱電材料５１５ｎと、応力緩和部５１６ｎと、ＳＧ層５２０ｎと、絶縁層５２１ｎと、シリコン層５２２ｎと、貫通電極５２３ｎと、下部電極５２４ｎと、を備える。Ｐ型熱電セル５０２も、Ｎ型熱電セル５０１と同様に第１の電極５１３ｐと、第２の電極５１４ｐと、熱電材料５１５ｐと、応力緩和部５１６ｐと、ＳＧ層５２０ｐと、絶縁層５２１ｐと、シリコン層５２２ｐと、貫通電極５２３ｐと、下部電極５２４ｐと、を備える。また、複数のＮ型熱電セル５０１と複数のＰ型熱電セル５０２とは、第１の基板５１１と、第２の基板５１２との間に設置され、Ｎ型熱電セル５０１とＰ型熱電セル５０２とは、図１３に示すように、それぞれ第１の基板５１１の下面に形成された第３の電極５０５と、第２の基板５１２の上面に形成された第４の電極５０６とによってそれぞれ電気的に直列に接続される。さらに直列接続の両端の第４の電極５０６は電力を取り出すための外部電極５５０へと接続される。また、第１の基板５１１と第２の基板５１２との間の空間は、封止部５０８によって封止されている。封止部５０８が超弾性金属などの導電性を持つ素材からなる場合には、外部電極５５０へ接続される第４の電極５０６と封止部５０８との間に第４の電極５０６と封止部５０８を絶縁するための絶縁層５５１が形成される。

集熱板５０３は、第１の基板５１１上に設置される。集熱板５０３は、第１の基板５１１側に設置された高温部からの熱を集めるため、熱伝導性の高い材料から形成されるのが好ましい。また、集熱板５０３と高温部との間の熱抵抗が小さいほど、熱電材料５１５で生ずる熱起電力も高くなるため、第１の基板５１１の面積に対し、十分広い面積に形成されるのが好ましい。放熱板５０４は、第２の基板５１２上に設置される。放熱板５０４は、第２の基板５１２側に設置された低温部へ熱を発散させるため、熱伝導性の高い材料から形成されるのが好ましい。また、放熱板５０４と低温部との間の熱抵抗が小さいほど、熱電材料５１５で生ずる熱起電力も高くなるため、第２の基板５１２の面積に対し、十分広い面積に形成されるのが好ましい。

このように本実施の形態の熱電素子５００は、集熱板５０３及び／又は放熱板５０４を設けることによって、熱電材料５１５に生ずる熱起電力を良好に得ることができる。

また、第１の基板５１１と集熱板５０３との間に本発明の第７の実施の形態で説明した応力緩和層５０９を挿入しても良い。同様に第２の基板５１２と放熱板５０４との間に本発明の第７の実施の形態で説明した応力緩和層５１０を挿入しても良い。これによって、第１の基板５１１と集熱板５０３、第２の基板５１２と放熱板５０４との間の接合部に加わる応力が緩和される。更に、第２の基板５１２と放熱板５０４との間に挿入する本発明の第７の実施の形態で説明した応力緩和層５１０の表面に粘着性のある例えば有機粘着性材料などを使用した場合は第２の基板５１２と放熱板５０４の接合が容易になる。これにより、第２の基板５１２を含む部材と放熱板５０４を含む部材とを別々に組み立ててから、それらを第２の基板５１２と放熱板５０４の接合部で接合することが容易に出来るので組み立てコストが低減出来る。なお、応力緩和層５０９、５１０はいずれか一方のみを形成することも可能である。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、第１の実施の形態では、応力緩和部１６の柱部１６ａが、中心線Ｘに沿って５カ所に配置される構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、５カ所より少なくとも良いし、５カ所より多く配置しても良い。また、応力緩和部１６は柱状に限定されず、帯状、板状であってもよい。これらは、熱電素子１０に要求される性能等に応じて適宜調節することが可能である。

また、上述した各実施の形態では、第１の基板を高温側、第２の基板を低温側とする構成を例に挙げて説明したが、これに限られず第１の基板を低温側、第２の基板を高温側とすることも可能である。

また、上述した各実施の形態では、ゼーベック効果を利用し、熱電効果によって熱電半導体の低温端と高温端との間に熱起電力を発生させる構成を採っている。具体的には、例えば第１の実施の形態の熱電素子１０を例に挙げると、図２、４、５における第１の基板１１を加熱し、第２の基板１２を冷却することによって熱電材料１５内に温度勾配を生じさせ、熱電効果によって熱電材料１５の低温端と高温端との間に熱起電力を発生させている。しかし、これに限られずペルチェ効果を利用し、外部より電力を供給することによって熱電材料内に温度勾配を生じさせることも可能である。例えば、第１の実施の形態の熱電素子１０を例に挙げると、第１の電極１３と第２の電極１４との間に電圧を印加し、熱電材料１５に電流を流すことによって、熱電材料１５内に温度勾配を生じさせ、第１の基板１１の温度を下げ、第２の基板１２の温度を上げるという構成を採ることも可能である。更に、上記の電流の向きを逆にすることで、第１の基板１１の温度を上げ、第２の基板１２の温度を下げるという構成を採ることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す平面図である。図１に示す熱電素子のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す断面図である。図３に示す熱電素子のＢ−Ｂ’線断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す断面図である。（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す平面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示す熱電素子のＣ−Ｃ’線断面図である。本発明の第５の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す平面図である。図７に示す熱電素子のＤ−Ｄ’線断面図である。本発明の第６の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す平面図である。図９に示す熱電素子のＥ−Ｅ’線断面図である。本発明の第７の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す断面図である。本発明の第８の実施の形態に係る熱電素子の構成例を示す平面図である。図１２に示す熱電素子のＦ−Ｆ’線断面図である。本発明の第８の実施の形態に係る熱電素子の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０，３０，５０，１００，２００，３００，４００，５００熱電素子
１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１第１の基板
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２第２の基板
１３、１１３、２１３ｎ、２１３ｐ、３１３ｎ、３１３ｐ、４１３ｎ、４１３ｐ、５１３ｎ、５１３ｐ第１の電極
１４，５４、１１４、２１４ｎ、２１４ｐ、３１４ｎ、３１４ｐ、４１４ｎ、４１４ｐ、５１４ｎ、５１４ｐ第２の電極
１２３、２２３ｎ、２２３ｐ、３２３ｎ、３２３ｐ、４２３ｎ、４２３ｐ、５２３ｎ、５２３ｐ貫通電極
１５、１１５、２１５ｎ、２１５ｐ、３１５ｎ、３１５ｐ、４１５ｎ、４１５ｐ、５１５ｎ、５１５ｐ熱電材料
１６、１１６、２１６ｎ、２１６ｐ、３１６ｎ、３１６ｐ、４１６ｎ、４１６ｐ、５１６ｎ、５１６ｐ応力緩和部
２０、１２２、２２２ｎ、２２２ｐ、３２２ｎ、３２２ｐ、４２２ｎ、４２２ｐ、５２２ｎ、５２２ｐシリコン層
２１、１２１、２２１ｎ、２２１ｐ、３２１ｎ、３２１ｐ、４２１ｎ、４２１ｐ、５２１ｎ、５２１ｐ絶縁層
３１第２の応力緩和部
５１第３の応力緩和部
２０５、３０５、４０５、５０５第３の電極
２０６、３０６、４０６、５０６第４の電極
３０８、４０８、５０８封止部
４０９、５０９、５１０応力緩和層
５０３集熱板
５０４放熱板
３５０、４５０、５５０外部電極
３５１、４５１、５５１絶縁層
２０１、３０１、４０１、５０１Ｎ型熱電セル
２０２、３０２、４０２、５０２Ｐ型熱電セル

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、温度勾配によって熱起電力が生ずる熱電材料と、
前記熱電材料の高温部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の低温部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする熱電素子。
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、温度勾配によって熱起電力が生ずる熱電材料と、
前記熱電材料の低温部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の高温部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力の緩和部と、を備えることを特徴とする熱電素子。
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、電流によって熱移動を生じさせる熱電材料と、
前記熱電材料の吸熱部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の発熱部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする熱電素子。
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、電流によって熱移動を生じさせる熱電材料と、
前記熱電材料の発熱部に電気的に接続された第１の電極と、
前記熱電材料の吸熱部に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料とを熱的に接続し、可撓性を有する少なくとも一つ以上の応力緩和部と、を備えることを特徴とする熱電素子。
第１の基板と、
前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、温度勾配によって熱起電力が生ずる熱電材料と、
前記第１の基板上に、前記第２の基板と対向する面に形成された第１の電極と、
前記熱電材料に電気的に接続され、前記熱電材料を介して第１の電極に電気的に接続された第２の電極と、
前記第１の電極と前記熱電材料との間に設けられ、前記第１の電極と前記熱電材料とを電気的に接続し、少なくとも一つ以上の柱部から構成される応力緩和部と、を備えることを特徴とする熱電素子。
前記熱電材料は薄膜であり、
前記熱電材料を支える支持体が前記熱電材料の外周部に設置され、
前記熱電材料を支持可能なように該支持体は枠状に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記熱電材料はスペーサを介して前記第２の基板上に設置されており、
前記第２の基板上には下部電極が形成され、
前記第２の電極と前記下部電極とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記熱電材料は、スペーサを介して前記第２の基板上に設置されており、前記スペーサは移動可能な状態で前記第２の基板上に設置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記熱電材料は薄膜であり、
前記スペーサは枠状に形成され、前記熱電材料の外周部に設置され、支持体として前記熱電材料を支持していることを特徴とする請求項７又は８に記載の熱電素子。
前記可撓性を有する応力緩和部の少なくとも一部は、カーボンナノチューブから構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記熱電材料と、前記第２の基板との間に、可撓性を有する少なくとも一つ以上の第２の応力緩和部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６、１０のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記第２の応力緩和部が柱部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の熱電素子。
複数のＮ型およびＰ型の熱電材料を備え、前記熱電材料のそれぞれに対して前記第１の電極と前記第２の電極とが接続され、前記Ｎ型の熱電材料と、前記Ｐ型の熱電材料とは交互に並んで配置されており、前記Ｎ型の熱電材料と前記Ｐ型の熱電材料が直列になるように、前記Ｎ型の熱電材料に接続された第１の電極と、前記Ｎ型の熱電材料の一端に隣接する前記Ｐ型の熱電材料に接続された第１の電極とは、電気的に接続され、前記Ｎ型の熱電材料に接続された第２の電極と、前記Ｎ型の熱電素子の他端に隣接する前記Ｐ型の熱電材料に接続された第２の電極とは、電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の熱電素子。
熱電材料を外気から遮断する封止部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記封止部は、超弾性金属から形成されることを特徴とする請求項１４に記載の熱電素子。
前記第１の基板及び／又は前記第２の基板上に設置され、前記熱電材料より広い面積を備える集熱板を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の熱電素子。
前記第１の基板上に設置された集熱板と前記第１の基板との間、及び／又は前記第２の基板上に設置された集熱板と前記第２の基板との間に、応力緩和部を備えることを特徴とする請求項１６に記載の熱電素子。
前記応力緩和部の少なくとも一部は、カーボンナノチューブから構成されることを特徴とする請求項１７に記載の熱電素子。