JP2011508411A - 光起電力変換器と、光起電力変換器の支持基板内に含まれる熱電変換器とを備えるエネルギー生成デバイス - Google Patents
光起電力変換器と、光起電力変換器の支持基板内に含まれる熱電変換器とを備えるエネルギー生成デバイス Download PDFInfo
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
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- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
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Abstract
Description
光起電力変換器は断熱材料の支持基板上に置かれる層のスタックを備え、層のスタックは上側電極としての機能を果たす第1の導電層および下側電極としての機能を果たす第2の導電層を備え、上側電極および下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
熱電変換器は高温接点としての機能を果たす第3の導電層、冷接点としての機能を果たす第4の導電層を備え、高温接点および冷接点はこれらの接点の間に配置された熱電および導電材料の素子を有し、
熱電および導電素子は、光起電力変換器の断熱材料の支持基板の厚さに含まれ、これにより、前記素子の一端は高温接点と接触し、前記素子の他端は冷接点と接触することを特徴とする。
それぞれの光起電力変換器は断熱材料の支持基板上に置かれる層のスタックを備え、層のスタックは上側電極としての機能を果たす第1の導電層および下側電極としての機能を果たす第2の導電層を備え、上側電極および下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
それぞれの熱電変換器は高温接点としての機能を果たす第3の導電層、冷接点としての機能を果たす第4の導電層を備え、高温接点および冷接点はこれらの接点の間に配置されたn型の熱電および導電材料の素子並びにp型の熱電および導電材料の素子を有し、n型およびp型の素子は分離されており、
それぞれの熱電変換器のn型素子およびp型素子は、断熱材料のそれぞれの光起電力変換器の支持基板の厚さに含まれ、これにより、n型素子の一端およびp型素子の一端は、同一の高温接点と接触し、n型素子の他端およびp型素子の他端は、隣接する熱電変換器に属する冷接点と接触することを特徴とする。
a)断熱および電気絶縁材料の支持基板を提供する段階と、
b)支持基板の面のうちの一方の上に導電層を堆積する段階と、
c)段階b)で堆積された導電層を含む面と反対の側の面から開始して、前記導電層まで、支持基板の厚さにエッチングして穴をあける段階と、
d)前記穴に熱電および導電性化合物を充填し、前記化合物を焼結する段階と、
e)段階b)で堆積された導電層を含む面と反対の支持基板の面上に導電層を堆積する段階と、
f)光活性材料の層を複数の導電層のうちの1つの上に堆積する段階と、
g)光活性材料の層の上に導電層を堆積する段階と、を含み、
段階g)で堆積された導電層は光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階f)で光活性材料の層がその上に堆積された導電層は光起電力変換器の下側電極および熱電変換器の高温接点の両方を形成し、
残りの導電層は熱電変換器の冷接点を形成する。
段階g)で堆積された導電層は光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階m)で堆積された導電層は光起電力変換器の下側電極を形成し、
支持基板と段階m)で堆積された導電層との間に存在する導電層は熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの導電層は熱電変換器の冷接点を形成する。
a)断熱および電気絶縁材料の支持基板を形成する段階と、
b)支持基板の前面に導電層を堆積する段階と、
c)段階b)で堆積された導電層を構造化し、iを2以上の整数として、互いに電気絶縁されたi個の導電トレースを形成する段階と、
d)前記支持基板の背面から開始して支持基板の前面の導電トレースまで支持基板の厚さにエッチングで2i個の穴をあけ、導電トレース1つにつき2つの穴の対を得る段階と、
e)2i個の穴に熱電および導電材料の2i個の素子を形成する段階であって、2つの穴のそれぞれの対の素子のうちの1方はn型の熱電化合物であり、2つの穴のそれぞれの対の他方の素子はp型の熱電化合物である段階と、
f)支持基板の背面の上に導電層を堆積する段階と、
g)段階f)で堆積された導電層を構造化し、j=i+1として、互いに電気的に絶縁されたj個の導電トレースを形成する段階であって、前面のi個の導電トレースおよび背面のj個の導電トレースはn型およびp型の素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースiおよびトレースjを介して他方の型の2つの素子にそれぞれ接続される、段階と、
h)構造化された導電層を含む支持基板の面のうちの一方の上に光活性材料の層を堆積する段階と、
i)光活性材料の層を構造化して、段階g)で得られた2つの隣接する導電トレースを接続するブロックを形成する段階と、
j)光活性材料の層を含む支持基板の面の上に導電層を堆積する段階と、
k)段階j)で堆積された導電層を構造化し、互いに電気絶縁され、2つの隣接するブロックを接続する導電トレースを形成する段階と、を含み、
段階k)で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
構造化された光活性材料の層と支持基板との間に配置されている構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極およびそれぞれの熱電変換器の高温接点の両方を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
段階k)で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階b’)で堆積され、段階c’)で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極を形成し、
段階b)で堆積され、段階c’)で構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
段階k)で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の上側電極を形成し、
段階f’)で堆積され、段階g’)で構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の下側電極を形成し、
段階f)で堆積され、段階g’)で構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の高温接点を形成し、
残りの構造化された導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点を形成する。
−2つの穴のそれぞれの対の穴のうちの一方にn型の熱電化合物を充填し、2つの穴のそれぞれの対の他方の穴にp型の熱電化合物を充填して2i個の穴を充填する段階と、
−化合物を焼結する段階と、を含む。
2 熱電変換器
3 支持基板
4 光起電力変換器
5 熱電変換器
10 上側電極
11 下側電極
12 n型ドープ半導体材料の1つの層
13 p型ドープ半導体材料の1つの層
14 n/p接合
20 導電層
21 導電層
24 熱電材料の層
30 上側電極
30 高温接点
31 下側電極
31 冷接点
100 上側電極
102 n型半導体材料の層
103 p型半導体材料の層
120 n型半導体材料の層
130 p型半導体材料の層
140 n/p接合
200 下側電極
200 高温接点
300 冷接点
400 熱電素子
401 n型材料のバー
Claims (34)
- 光起電力変換器および熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するための基本デバイスであって、
前記光起電力変換器は断熱材料の支持基板(3)上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極(100)としての機能を果たす第1の導電層および下側電極(200)としての機能を果たす第2の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に配置された光活性材料の層を有し、
前記熱電変換器は高温接点(200)としての機能を果たす第3の導電層、冷接点(300)としての機能を果たす第4の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置された熱電および導電材料の素子(400)を有し、
前記熱電および導電素子(400)は、前記光起電力変換器の断熱材料の前記支持基板(3)の厚さに含まれ、これにより、前記素子の一端は前記高温接点(200)と接触し、前記素子の他端は前記冷接点(300)と接触することを特徴とする基本デバイス。 - 前記第1の導電層は、入射光線を透過する請求項1に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記高温接点(200)および前記下側電極(200)は、同一の導電層である請求項1に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記熱電および導電素子(400)は、前記支持基板(3)の厚さ全体に含まれる請求項1または3に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記支持基板(3)は、ガラス製基板である請求項1に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記支持基板(3)は、エアロゲル製基板である請求項1に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記支持基板(3)は、シリカエアロゲル製基板である請求項6に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記光活性材料の層は、n型の第1の半導体材料の層(102)およびp型の第2の半導体材料の層(103)を含む請求項1に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記熱電および導電素子(400)は、n型の第1の熱電および導電材料並びにp型の第2の熱電および導電材料を含む請求項1または3に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- 前記熱電および導電素子(400)は、n型の第1の熱電および半導体材料並びにp型の第2の熱電および半導体材料を含む請求項1または3に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイス。
- i個の光起電力変換器およびi個の熱電変換器を備える電気エネルギーを生成するためのシステムであって、iは2以上の整数であり、前記i個の光起電力変換器および前記i個の熱電変換器はそれぞれ直列に電気的接続され、
それぞれの光起電力変換器は断熱材料の支持基板(3)上に置かれる層のスタックを備え、前記層のスタックは上側電極(100)としての機能を果たす第1の導電層および下側電極(200)としての機能を果たす第2の導電層を備え、前記上側電極および前記下側電極はこれらの電極の間に光活性材料の層を挟み、
それぞれの熱電変換器は高温接点(200)としての機能を果たす第3の導電層、冷接点(300)としての機能を果たす第4の導電層を備え、前記高温接点および前記冷接点はこれらの接点の間に配置されたn型の熱電および導電材料の素子(401)並びにp型の熱電および導電材料の素子(402)を有し、n型およびp型の素子は相隔てて並び、
それぞれの熱電変換器のn型素子(401)およびp型素子(402)は、断熱材料のそれぞれの光起電力変換器の前記支持基板(3)の厚さに含まれ、これにより、前記n型素子(401)の一端および前記p型素子(402)の一端は、同一の高温接点(200)と接触し、前記n型素子(401)の他端および前記p型素子(402)の他端は、隣接する熱電変換器に属する冷接点(300)と接触することを特徴とする電気エネルギーを生成するためのシステム。 - 前記光起電力変換器の前記支持基板は、すべての前記光起電力変換器について同一の支持基板(3)である請求項11に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- それぞれの高温接点(200)およびそれぞれの下側電極(200)は、同一の導電層である請求項11に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- n型(401)およびp型(402)の前記熱電材料は、n型およびp型の半導体材料である請求項11から13のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- 前記支持基板(3)は、ガラス製基板である請求項11に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- 前記支持基板(3)は、エアロゲル製基板である請求項11に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- 前記支持基板(3)は、シリカエアロゲル製基板である請求項16に記載の電気エネルギーを生成するためのシステム。
- a)断熱および電気絶縁材料の支持基板(3)を提供する段階と、
b)前記支持基板(3)の面のうちの一方の上に導電層を堆積する段階と、
c)段階b)で堆積された前記導電層を含む面と反対の側の面から開始して、前記導電層まで、前記支持基板(3)の厚さにエッチングして穴をあける段階と、
d)前記穴に熱電および導電性化合物を充填し、前記化合物を焼結する段階と、
e)段階b)で堆積された前記導電層を含む面と反対の前記支持基板(3)の面上に導電層を堆積する段階と、
f)光活性材料の層を前記導電層のうちの1つの上に堆積する段階と、
g)前記光活性材料の層の上に導電層を堆積する段階と、を含み、
段階g)で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極(100)を形成し、
段階f)で前記光活性材料の層が堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極(200)および前記熱電変換器の前記高温接点(200)の両方を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点(300)を形成する
請求項1から10のいずれか一項に記載の電気エネルギーを生成する基本デバイスを製造するための方法。 - 段階f)は、段階b)の後且つ段階c)の前に実施される請求項18に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
- 段階f)およびg)は、段階b)の後且つ段階c)の前に実施される請求項18に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
- 段階b)の後且つ段階f)の前に、すでに堆積されている導電層の上に導電層を堆積する段階m)をさらに含み、段階f)は2つの導電層を含む前記支持基板の面の上に光活性材料の層を堆積する段階f’)で置き換えられ、
段階g)で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記上側電極(100)を形成し、
段階m)で堆積された前記導電層は前記光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
前記支持基板と段階m)で堆積された前記導電層との間に存在する前記導電層は前記熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの前記導電層は前記熱電変換器の前記冷接点(300)を形成する請求項18から20のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成システムを製造するための方法。 - 前記上側電極(100)を形成する前記導電層は、光線を透過する材料で形成されている請求項18または21に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
- 段階g)で堆積された前記導電層を構造化して、オープンワークの導電層を得る段階h)をさらに含む請求項18に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
- 前記支持基板(3)は、ガラスまたはエアロゲル製、好ましくはシリカエアロゲル製基板である請求項18に記載の基本エネルギー生成デバイスを製造するための方法。
- a)断熱および電気絶縁材料の支持基板(3)を形成する段階と、
b)前記支持基板の前面に導電層を堆積する段階と、
c)段階b)で堆積された前記導電層を構造化し、iを2以上の整数として、互いに電気絶縁されたi個の導電トレースを形成する段階と、
d)前記支持基板の背面から開始して前記支持基板の前面の前記導電トレースまで前記支持基板の厚さにエッチングで2i個の穴をあけ、導電トレース1つにつき2つの穴の対を得る段階と、
e)2i個の前記穴に熱電および導電材料の2i個の素子(401,402)を形成する段階であって、2つの穴のそれぞれの対の前記素子のうちの1方はn型の熱電化合物であり、2つの穴のそれぞれの対の他方の素子はp型の熱電化合物である段階と、
f)前記支持基板の背面の上に導電層を堆積する段階と、
g)段階f)で堆積された前記導電層を構造化し、j=i+1として、互いに電気的に絶縁されたj個の導電トレースを形成する段階であって、前記前面のi個の導電トレースおよび前記背面のj個の導電トレースはn型素子およびp型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースiおよびトレースjによって他方の型の2つの素子にそれぞれ接続される、段階と、
h)構造化された導電層を含む前記支持基板の面のうちの一方の上に光活性材料の層を堆積する段階と、
i)前記光活性材料の層を構造化して、段階g)で得られた2つの隣接する導電トレースを接続するブロックを形成する段階と、
j)前記光活性材料の層を含む前記支持基板の面の上に導電層を堆積する段階と、
k)段階j)で堆積された前記導電層を構造化し、互いに電気絶縁され、2つの隣接するブロックを接続する導電トレースを形成する段階と、を含み、
段階k)で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極(100)を形成し、
前記構造化された光活性材料の層と前記支持基板との間に配置されている前記構造化された導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極(200)およびそれぞれの熱電変換器の前記高温接点(200)の両方を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点(300)を形成する請求項11から17のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。 - 段階h)およびi)は、段階c)の後且つ段階d)の前に実施される請求項25に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
- 段階h)、i)、j)、およびk)は、段階c)の後且つ段階d)の前に実施される請求項25に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
- 段階b)の後且つ段階c)の前において、段階b)で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階b’)をさらに含み、段階c)は段階b)およびb’)で堆積された前記導電層を構造化し、iを2以上の整数として、互いに電気的に絶縁されたi個の導電トレースを形成する段階c’)で置き換えられ、段階h)は前記支持基板の前面上に光活性材料の層を堆積する段階h’)で置き換えられ、
段階k)で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極(100)を形成し、
段階b’)で堆積され、段階c’)で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階b)で堆積され、段階c’)で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点(300)を形成する請求項25から27のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。 - 段階f)の後且つ段階g)の前において、段階f)で堆積された前記導電層上に導電層を堆積する段階f’)をさらに含み、段階g)は段階f)およびf’)で堆積された前記導電層を構造化し、j=i+1として、互いに電気的に絶縁されたj個の導電トレースを形成する段階g’)で置き換えられ、前記前面のi個の導電トレースおよび前記背面のj個の導電トレースは前記n型素子および前記p型素子を直列に接続するように配列され、一方の型のそれぞれの素子はトレースiおよびトレースjによって他方の型の2つの素子にそれぞれ接続され、
段階k)で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記上側電極(100)を形成し、
段階f’)で堆積され、段階g’)で構造化された前記導電層はそれぞれの光起電力変換器の前記下側電極を形成し、
段階f)で堆積され、段階g’)で構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の前記高温接点を形成し、
残りの構造化された前記導電層はそれぞれの熱電変換器の冷接点(300)を形成する請求項25から27のいずれか一項に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。 - 前記2i個の素子(401,402)を形成する段階e)は、
−2つの穴のそれぞれの対の穴のうちの一方にn型の熱電化合物を充填し、2つの穴のそれぞれの対の他方の穴にp型の熱電化合物を充填して前記2i個の穴を充填する段階と、
−前記化合物を焼結する段階と、を含む請求項25に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。 - 前記熱電材料は、粉末形態であるか、または粉末と結合剤とを混合することによって得られるペースト形態である請求項25に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
- 前記光活性材料の層は、n型の半導体材料の層(102)およびp型の半導体材料の層(103)を含む請求項25に記載のエネルギー生成システムを形成するための方法。
- 前記基本デバイスの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項1から10のいずれか一項に記載の基本エネルギー生成デバイスの前記熱電変換器の使用。
- 前記システムの前記光起電力変換器を冷却するための、請求項11から17のいずれか一項に記載のエネルギーを生成するシステムの前記熱電変換器の使用。
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