JP2014514740A - 熱電発電機の生産に有用な構造体、その構造体を備える熱電発電機、及びその熱電発電機を生産するための方法 - Google Patents

熱電発電機の生産に有用な構造体、その構造体を備える熱電発電機、及びその熱電発電機を生産するための方法 Download PDF

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Abstract

熱電発電機の生産に有用な構造体を生産するための方法であって、その構造体は、絶縁材料のストライプ部によって分離されるか、あるいは絶縁材料上に空間的に離れて設けられた、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を備えるとともに、導電材料のストライプ部であって、それぞれが、１つのｎ型ストライプ部を１つのｐ型ストライプ部とそれぞれ接続し、かつ、互いに電気的に接触しない、導電材料のストライプ部を備え、その構造体がポリマ基板を含まない、方法において、当該方法は、単一の製造ステップにおいてｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を共に形成するステップと、導電材料のストライプ部によりｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部との間の接続を形成するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱電発電機の生産に有用な構造体、その構造体を備える熱電発電機、及びその熱電発電機を生産するための方法に関するものである。
熱電発電機（ＴＥＧ）は、「ゼーベック効果」（又は「熱電効果」）と呼ばれる現象を用いて、熱（温度差）を電気エネルギーに直接変換する装置である。異なるゼーベック・ポテンシャルを有する２つの異なる金属（導体）又は半導体がそれぞれの端部で接触すると、それらの端部が異なる温度にある場合に電位差が得られる（すなわち、ゼーベック効果）。逆に、印加された電流は、ペルティエ効果に起因して２つの端部間に温度差を誘発させることができる。それゆえに、熱電装置は、電流によって熱を伝達する冷却器又は熱ポンプであり得る。典型的な熱電発電機は、互いに接続され熱電対を形成する、ｐ型にドープされた熱電素子及びｎ型にドープされた熱電素子からなる、２つの半導体材料を備える。さらにまた、熱電対は、電気的には直列に、熱的には並列に接続される。熱電発電機は、１個から数百個までの熱電対を含み得る。熱電発電機は、熱を得る目的のためのみならず、冷却目的のためにも代替エネルギー解決策を与える種々の状況に適用され得る。
ＴＥＧは、例えば、小規模用途のために使用されることがあり、その場合では（嵩張る）熱機関は実現不可能であろう。現在関心を生んでいる他の用途分野は、例えば、「廃棄（ｗａｓｔｅ）」熱のエネルギー量を使用せずにいまだに多くの廃棄熱が生成されている既存の発電所のエネルギー効率を増すために、より大規模に電気を生成するために（与えられた任意の供給源からの）「廃棄」熱／「廃棄」温度差を使用することである。
発電のためのＴＥＧの使用を更に拡張するためには、簡単な、信頼性のある、及びスケールアップ可能な製造プロセスが見出されなければならない。これは、現行の技術は、かなり複雑で費用のかかるプロセス、例えばフォトリソグラフィ法などを必要とするという欠点をいまだに抱えているためである。更に、ＴＥＧは、可能な限り安定しているべきであり、ＴＥＧは、広範囲の温度にわたり動作可能であるべきであり、また、ＴＥＧは、例えば電気を生成するために使用された「廃棄」熱の高い温度及び／又は大きな温度変化によるダメージに影響され過ぎてはならない。
しかしながら、現行の技術は、上記課題について満足のいく解決策をいまだ与えていない。
従来の熱電発電機は、通常、熱電材料のインゴットを形のはっきりとしたバラ状（bulk）の熱電素子に切断し、それらの素子を半田付け又は類似の技法により電極の上に接合することによって、生産される。多くの場合、熱電発電機を作るこの技術は、ｎ型又はｐ型材料の何百もの脚部を互いに近づけて、次いで、直列状に対にして配置することを必要とする時間と費用のかかるものである。この製造手法は、熱電装置の製造技術の改良を必要とする。熱電発電機の従来の生産に生じた問題は、熱電素子の厚さが１．５ｍｍより小さい場合に、熱電素子の歩留りが著しく低いことである。このことは、インゴット状の熱電材料の切断の困難さに起因する。熱電素子の小型化は非常に難しいものである。結果として、熱電モジュール内に組み立てられ得る熱電対の数は制限される。装置の効率を制限している別の問題は、脚部とインタコネクタとの間の接触抵抗である。それゆえに、熱電発電機の全体の効率はかなり低い。要約すれば、従来の方法を用いて、小型で、高性能の熱電発電機を生産することは非常に困難である。
米国特許第５，９５９，３４１号、米国特許第６，０２５，５５４号、米国特許第６，１２７，６１９号及び米国特許出願公開第２００９／００２５７７２Ａ１号の明細書は、熱電モジュールを開示しており、そのようなモジュールの生産のための煩雑なプロセスを記載しており、そのプロセスは、特に、時間のかかるものであり、いまだ費用のかかるものであるし、スケールアップすることが困難である。
例えば国際公開第２００９／１４８３０９号パンフレットは、ＴＥＧを製造する方法を記載する。記載された方法は、先行技術におけるフォトリソグラフィ法の使用と関連したいくつかの欠点を克服することを目的とする。しかしながら、国際公開第２００９／１４８３０９号パンフレットにおいて提案された方法であっても、かなり複雑な複数ステップの方法である。更に、国際公開第２００９／１４８３０９号パンフレットの技術は、可撓性基板、典型的にはポリマ基板の使用を必要とし、その基板は、熱的安定性を大幅に減らす。
国際公開第２００９／０４５８６２号パンフレットは、ＴＥＧを生産するための先行技術の方法の別の例を記載する。この方法において、ｐ型又はｎ型材料は可撓性基板上に付着され、次いで、付着されたｎ型及びｐ型材料の巻かれた円筒体はそれぞれ、ＴＥＧを生産するために接続される。類似の手順は、国際公開第２０１０／００７１１０号パンフレット、米国特許出願公開第２００８／０１５６３６４Ａ号明細書及び特開平０９‐１０７１２９Ａ号公報にも開示される。しかしながら、記載されたポリマ可撓性基板は高温で安定しないので、これらの方法及び生産されるＴＥＧの全ては、製造に関するのみならず使用中の温度制限などの様々な欠点をいまだに抱えている。更に、これらの先行技術の技法を用いた大量生産は、特に、かなり複雑な複数ステップの製造プロセスに起因して、構想することが難しい。
Ｌ．Ａ．Ｓａｌａｍらの、「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｒｏｎ ｄｉｓｉｌｉｃｉｄｅ ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂｙ ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ」、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ２０（１９９９年）、２２３〜２２８は、半導体及び絶縁セラミック材料の多数の層から成る熱電発電機の製造に関する。
米国特許第６，８７２，８７９号明細書は、発電機の２つの対向面上に複数の熱電対を形成するために、交互に配置されたｎ型及びｐ型の複数の半導体素子であって、それらの素子の端部で接続された半導体素子を備える熱電発電機に関する。
欧州特許第２１２８９０７Ａ号明細書は、主成分としてセラミック材料を含み、可撓性を有する熱電変換モジュール用基板に関する。
特開平０９‐０９２８９１Ａ号公報は、ｐ型及びｎ型半導体が積み重ねられ絶縁セラミック層により接合された、結合積層型熱電極素子である熱電素子を開示する。
米国特許出願公開第２００８／０２８９６７７号明細書は、積層型の熱電装置であって、より薄い熱電構造体を作り出すために処理され又はそうではない場合には修正される熱電装置に関する。
特開平０４‐０１８７７２Ａ号公報は、性能指数の高い熱電素子に使用される急冷薄型シートの製造に関する。
この技術における将来性は、熱電材料の研究によって過去１５年間増しているが、いくつかの問題がいまだ商業上の実施を妨げており、これらの問題は、以下を含む。
Ｉ． 高い燃焼温度における最適な熱的、電気的、及び機械的特性を組み合わせたより優れた熱電材料の必要性
II． これらの材料の電気的接触、及びこれらの材料の実在の熱電発電機への組込み、すなわち、高接触抵抗
III． これらの発電機を生産するための安価な、スケーラブルな及び効率的な製造プロセスの必要性
従って、これらの欠点を克服し、上記課題の少なくとも１つを解決するＴＥＧを生産するための方法を提供する必要性がある。更に、この発電技術がより多くの用途分野に使用され得るように、高い信頼性のある、簡単な及び安価なＴＥＧが求められている。
この発明の全体的な目的は、高エネルギー密度の、スケールアップ可能な及び低コストの熱電発電機技術であって、地球に豊富な材料を組み込む熱電発電機技術を考案することである。
本発明は、請求項１〜１５の主題を用いて、これらの課題を解決する。
本発明は、請求項１に既定されるような、熱電発電機の生産に有用な構造体を生産するための方法を提供する。好適な実施形態は、それぞれの従属請求項並びに以下の説明に記載される。本発明の方法に従って準備される構造体は、絶縁材料のストライプ部によって分離されるか、あるいは絶縁材料上に空間的に離れて設けられる、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を備え、導電材料の複数のストライプ部であって、それぞれが、１つのｎ型ストライプ部を１つのｐ型ストライプ部と接続し、かつ、互いに電気的に接触しない、導電材料のストライプ部を更に備え、その構造体がポリマ基板を含まないことを特徴とする。そのプロセスは、単一の製造ステップにおいてｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部とを共に形成するステップと、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部との間に導電材料のストライプ部によって接続を形成するステップとを含む。
本発明はまた、ＴＥＧの生産に有用な構造体であって、絶縁材料のストライプ部によって分離されるか、あるいは絶縁材料上に空間的に離れて設けられる、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を備える構造体において、その構造体が、ポリマ基板を含まず、上記プロセスによって得ることができることを特徴とする構造体も提供する。
本明細書に記述された構造体がポリマ基板を含まないという特徴は、本発明に従って使用される基板（その基板上には、本明細書において定義されるようなｎ型及びｐ型材料が設けられる）がポリマ材料から成るものではないか、あるいはポリマ材料を含まないことを定義する。この文脈で記述されるポリマ材料は、任意の種類の有機ポリマ材料であり、この文脈で従来から使用されるシリコーン及び典型的なポリマ、例えばポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドなどを含む。
上記によれば、発明の第１の選択肢は、ｎ型材料（ｎ）、ｐ型材料（ｐ）及び絶縁材料（ｉ）のストライプ部が並んで設けられた構造体である。そのような構造体は、周知のテープキャスティング又は類似の方法により製造され得る。複数のストライプ部を有する構造体を得るために、これらの種類の多数のストライプ部を並べて組み立てることが可能である。このことは、（テープの流れ方向に平行に）絶縁材料によって分離されたｎ型及びｐ型ペーストをテープキャスティングすることによって実現され得る。それによって取られた構造体は、［（ｎ）（ｉ）（ｐ）（ｉ）］ｘ（ｘを並んで設けられた繰り返し単位の数とした、ｎ型ストライプ部、絶縁ストライプ部、ｐ型ストライプ部、絶縁ストライプ部からなる「繰り返し単位」）として記載することができる。２つの外側ストライプ部が絶縁ストライプ部であるように絶縁材料の１つの追加的なストライプ部が設けられることが好適である。このことは、電気的絶縁を確保し、安定性に関する利点を与え、ｎ型／ｐ型ストライプ部への保護を提供する。
本発明の構造体では、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部とは、互いに直接的に接触していない。代わりに、一実施形態では、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部とが、絶縁材料のストライプ部によって分離される。別の実施形態では、それらのストライプ部は、絶縁材料上に空間的に離れて設けられる。いずれにせよ、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部とは、それらのストライプ部が互いに直接的に接触しないように共に形成される。
好適な実施形態では、絶縁ストライプ部はセラミック材料を含む。本発明に係る構造体が上記ストライプ部から成ること、すなわち、更なるストライプ部が存在しないことが更に好適である。しかしながら、本発明に係る構造体が、それぞれｎ型及びｐ型材料の複数のストライプ部を備え、必要とされた数の絶縁ストライプ部がそれらの間にあり得ることは明らかである。これらのストライプ部が任意の所望の数で存在することができ、例えば２個（すなわち、１個のｎ型ストライプ部及び１個のｐ型ストライプ部）から数百個までのストライプ部など、例えば２個から１０００個までのストライプ部など、及び、実施形態では１０個から５００個まで、５０個から３００個まで、７５個から２００個まで、８０個から１５０個まで、又は８０個から１２０個まで、例えば約１００個のストライプ部などである。さらにまた、これらの数のストライプ部を有する構造体は、ｎ型材料及びｐ型材料の隣接したストライプ部が適切に分離されるように、必要とされた数の絶縁ストライプ部を追加的に備える。
本発明によれば、熱電発電機の費用対効果の高い生産のための方法が提供される。本発明は、インゴット状の熱電材料に由来するバラ状の熱電素子を用いる代わりに１つのプロセスステップにおいて生産される熱電対（ｎ型及びｐ型）のアレイを有利に使用する。熱電素子は、例えば、絶縁材料により分離されたｎ型及びｐ型材料のアレイに熱電対を「並べて」選択的にキャスティングするテープキャスティング法によって得られる。それによって、個々の熱電素子の位置、形状及び寸法は、テープキャスティングプロセスのパターンによってあらかじめ決定される。単一プロセスステップにおける熱電対の形成のおかげで、その方法は、熱電対が個別に生産されるＴＥＧについての従来のプロセス、例えばインゴットをバラ状の熱電素子に切断した後にそれらの素子を半田付け又は類似の技法により電極の上に接合することなどと比較して、費用対効果が高い。このことは、熱電発電機に有用な構造体を生産するための安価な、スケーラブルな及び効率的な製造プロセスを可能にする。
（以下に更に説明され例示されるように）ストライプ部にセラミック材料を用いる場合、本発明の更なる利点は、構造体が、まず、セラミックスラリー又はペースト（例えばバインダー及び任意に溶剤と混合されるセラミック粉末など）から準備され、そのため、例えばテープキャスティング及び（平均的な当業者に周知であるように、低温、例えば１００℃での）乾燥後にグリーン体（green body）が得られ、そのグリーン体は、例えば、切断及び成形（例えば渦巻き形状に巻くこと）などの更なるプロセスを受け得る。その後、焼結が続く。それによって、構造体の形状は、最初のキャスティングの後に修正され得る。
例えば、熱電発電機は、（グリーン状態（green state）にある）上記構造体の矩形ストライプ部を切断することによって準備されてもよい。これらのストライプ部は、可撓性であり、主成分として例えばセラミック材料から作られる。次いで、これらのストライプ部は、例えば、セラミック粉末の所定温度における焼結が行われる前に、巻かれた形状にされてもよい。最終的な結果物は、多段式熱電モジュールである。
本発明において、そのように巻かれた円筒形の熱電モジュールは、組み立てることが非常に容易であり、従来のプロセスと比較して少ない量の材料を用いて様々な出力電力を与える実際の用途に応じて、大量生産の利用機会を提供し、スケールアップすることができる。
好適には上記ストライプ部は、簡単な工業用の製造プロセス、例えばテープキャスティング、スプレーコーティング、又は共押出しなどを可能にする材料から製造され、テープキャスティングが好適である。適切な材料は、特に、出発材料としてスラリーの使用が可能なセラミック材料であり、そのため、例えば任意の所望の数でストライプ部の同時テープキャスティングが実行され得る。その後、得られた湿潤（グリーン）体（シート）は、次いで、任意選択的に第１の乾燥ステップを受け、いずれにせよ、典型的には、適当な断片に切断され、次いで、その断片は、更なる焼結プロセスを受ける前に、積み重ねられるか、あるいは円筒形に巻かれ、その結果、最終的な固形構造体が得られる。
構造体内のストライプ部の典型的な寸法は、（テープキャスティングにより準備された構造体に関して）以下のように選択され得る。
幅（ｗ）：１ｍｍから１００ｍｍまで、例えば５ｍｍから５０ｍｍまでなど
厚さ（ｔ）：０．０５ｍｍから５ｍｍまで、例えば０．１ｍｍから２ｍｍまでなど、好適には０．５ｍｍから１ｍｍまで
長さ（ｌ）（テープ移動方向において＊）：２ｍｍから１０００ｍｍまで、例えば５ｍｍから２００ｍｍまで、好適には２０ｍｍから１００ｍｍまで
＊テープ移動方向は、図面に示されており、軸によって定義され、テープは、生産の間にその軸に沿ってテープキャスタに対して移動する。
テープキャスティング法に加えて、層状構造体を準備するための他の方法、特に共押出しプロセスなども考えられ得る。
セラミック材料の好適な使用のために、乾燥及び（典型的には８００℃を超える温度における）焼結が必要とされ、そのため、結果として生じる層は、好ましくは約１０％以内、より好ましくは５％より少ない範囲内の同等の熱膨張係数を有する材料で好適に作られるべきである。従って、最終的な生産物は、セラミック材料が化学的に安定しているので、高い熱的安定性のみならず侵食性環境における安定性を備えた非常に安定した層が得られるという利点を提供する。セラミック材料のテープキャスティングはまた、良く知られた技術であり、そのため、安価な大量生産が可能である。
本発明の構造体のそれぞれの層に適した材料は、以下のとおりである。
ｎ型材料：ドープされたＺｎＡｌＯ、ＬａＮｉＯ３、ＣａＭｎＯ３、Ｃｏをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２、
ｐ型材料：ＬｉをドープされたＮｉＯ、Ｃｒをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２、ドープされたＣａ３Ｃｏ４Ｏ９
絶縁材料：Ｋ２Ｏ‐ＢａＯ‐ＳｉＯ２、ＢａＯ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２
しかしながら、これらの材料は、説明的な例としてのみ挙げられていることが理解されるべきである。これらの材料は、効率的に、信頼性をもってテープキャスティングにより生産され得る非常に有益な構造体を準備することを可能にする。
上記のような構造体は、特にＴＥＧの形成に適している。（上記のように巻くこと又は積み重ねることによって）既に所望の形状にされている焼結された／燃焼されたシート状のｎ型及びｐ型ストライプ部は、次いで、標準的な、よく知られた方法を用いることによって、コンタクトストライプ部（導電体）、例えば銀ペースト又は粉末から作られるものなどを塗布され得るし、そのため、ｎ型ストライプ部とｐ型ストライプ部との間に所望の接続部が作られ、ブロックが得られる。導電材料のこれらのストライプ部は、ｎ型材料の１つのストライプ部をｐ型材料の１つのストライプ部と接続し、互いに電気的にそれぞれ接触しない。それにより、ＴＥＧの生産のための、適切な更なる処理ステップ、例えば図面に示されるような切断などの後に、その構造体を使用することが可能である。次いで、複数のそのようなブロックは、必要とされる手法で配線により接続されることができ、その結果、ＴＥＧの中央部が得られる。これらの接続されたブロックを適切な筺体等に適正に配置することにより、ＴＥＧが得られる。これらの製造ステップは、図面に示されるように、上記の順で実行され得るが、方法ステップの他の順を使用することも可能である。
本発明の１つの特定の実施形態では、コンタクトストライプ部は、ｎ型及びｐ型材料のストライプ部を設けるための製造ステップの間に、例えばテープキャスティングプロセスの間などに、既に形成されてもよい。そのような実施形態において、これらのコンタクトストライプ部は、テープキャスティングの間、テープキャスティング、スクリーン印刷又は他の適切な方法のいずれかによって、適切な導電材料、例えば銀ペースト（図１を参照）などのストライプ部を塗布することにより設けられ得る。その結果、構造体は、後続する任意のプロセスステップに先立って、必要とされた機能（ｎ型、ｐ型、絶縁体、コネクタ）の全てを既に含む。導電材料の各ストライプ部は、１つのｐ型ストライプ部をちょうど１つのｎ型ストライプ部と接続し、いずれの他の導電ストライプ部にも電気的に接続されない。
必須の要素、すなわち、ｎ型、ｐ型及び絶縁層は、簡単な、よく知られたプロセスによって得られるので、ＴＥＧの大量生産のための容易な手法が本発明によって提供される。本発明のＴＥＧは、安定しており、広い温度範囲にわたって機能し、それによって、幅広い種類の用途においてそれらのＴＥＧを使用する可能性を提供する。
本発明に従ってＴＥＧを得る一つの手法を示す図である。（ａ）は、３つの絶縁ストライプ部に加えて４つのストライプ部（ｎ型層にｐ型層を足したもの）を備える構造体についてのテープキャスティングプロセスを概略的に示す。（ｂ）はコンタクト層の塗布を示す。（ｃ）は切断を示す。（ｄ）は、電気配線の取り付け後、焼結前のグリーンセラミック体がロール状に巻かれることを示す。（ｅ）は、最終的なＴＥＧを示す。 本発明の構造体及びＴＥＧを得るための別の手段を示す図である。（ａ）は、図１の（ａ）に対応する。（ｂ）は、グリーンセラミック体の切断、ブロックへの積み重ねを示す。（ｃ）は、導電層が塗布されたブロックを示す。（ｄ）は、ブロックの組み立てと配線の付加を示す。（ｅ）は、最終的なＴＥＧを示す。
図１には、発明に係るＴＥＧを得る１つの手法が示される。図１（ａ）には、テープキャスティングプロセスが、３つの絶縁ストライプ部に加えて４つのストライプ部（ｎ型層にｐ型層を足したもの）を備える構造体について概略的に示される。図１（ｂ）は、コンタクト層の塗布を示し、図１（ｃ）における切断がその後に続く。次いで、図１（ｄ）は、電気配線が取り付けられた後、グリーンセラミック体がロール状に巻かれることを示し、その後に焼結が続く。次いで、図１（ｅ）は、最終的なＴＥＧを最終的に示す。
図２は、本発明の構造体及びＴＥＧを得るための別の手段を示す。図２（ａ）は図１（ａ）に対応する。図２（ｂ）において、グリーンセラミック体は、切断され、ブロックに積み重ねられ、次いで、図２（ｃ）では、そのブロックは導電層を塗布される。図２（ｄ）は、ブロックの組み立てと配線の付加を示し、図２（ｅ）には、その後の最終的なＴＥＧが示される。
本発明に係る構造体についての第２の選択肢は、例えばシート状基板の形態の絶縁材料上にｎ型及びｐ型材料のストライプ部を設けることである。ｎ型及びｐ型材料の各ストライプ部の間には、空隙（空間的隔たり）が設けられており、その空隙は必要とされた絶縁性を提供する。そのような構造体は、（絶縁基板に起因する）より高い機械的安定性という利点を提供し得るし、その上、上記で概略を示したような利点（製造の容易さ等）を更に提供する。第１の選択肢に関して上記した好適な実施形態の全て、例えば、材料、ストライプ部についての寸法、製造プロセスなどの選択などは、第２の選択肢にも有効である。この特定の実施形態もまた、テープキャスティング法によって準備されることができ、その場合、第１の絶縁基板が提供され、その後、ｎ型及びｐ型ストライプの付着が続く。ｎ型材料のストライプ部とｐ型材料のストライプ部との間の空隙は、典型的には、第１の選択肢について上記で示されたような範囲内にある。
以下の実施例は発明を更に例示する。
（ｌ：ｗ：ｔが１００ｍｍ：５ｍｍ：１ｍｍである）構造体は、２１個のストライプ部（［（ｎ）（ｉ）（ｐ）（ｉ）］ｘにおいて、ｘ＝５で、構造体の両側を絶縁ストライプ部で覆うために１個の絶縁ストライプ部を足したもの）を備える構造体をテープキャスティングすることにより得て、ｎ型材料、絶縁材料及びｐ型材料を以下のように選択した。
実施例１：ＬａＮｉＯ３／Ｋ２Ｏ‐ＢａＯ‐ＳｉＯ２／ドープされたＣａ３Ｃｏ４Ｏ９
実施例２：ＣａＭｎＯ３／Ｋ２Ｏ‐ＢａＯ‐ＳｉＯ２／ＬｉをドープされたＮｉＯ
実施例３：Ｃｏをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２／Ｋ２Ｏ‐ＢａＯ‐ＳｉＯ２／Ｃｒをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２
得られたシートを９００℃（実施例１）、１２５０℃（実施例２）及び１２００℃（実施例３）で焼結した。その材料は、特にｎ型及びｐ型材料の、使用される材料の熱膨張係数が非常に近いように選択したので、得られたセラミック構造体は、何のダメージ又は変形も示さなかった。その結果、ＴＥＧの生産に使用されるために非常に適した生産物を得た。

Claims (15)

  1. 熱電発電機の生産に有用な構造体を生産するための方法であり、前記構造体が、絶縁材料のストライプ部によって分離されるか、あるいは絶縁材料上に空間的に離れて設けられた、ｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を備えるとともに、導電材料のストライプ部であって、それぞれが、１つのｎ型ストライプ部を１つのｐ型ストライプ部とそれぞれ接続し、かつ、互いに電気的に接触しない、導電材料のストライプ部を備える、方法において、前記構造体がポリマ基板を含まず、当該方法が、
    単一の製造ステップにおいて、ｎ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部を共に形成するステップと、
    ｎ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部とｐ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部との間の接続を導電材料の前記ストライプ部によって形成するステップと、を含むことを特徴とする、方法。
  2. ｎ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部を共に形成する前記ステップが、テープキャスティング、スプレーコーティング又は共押出しによって実行される、請求項１に記載の方法。
  3. ｎ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部を共に形成する前記ステップが、テープキャスティングによって実行される、請求項１に記載の方法。
  4. ｎ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の前記少なくとも１つのストライプ部を共に形成する前記ステップによって得られるグリーン体を焼結するステップを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 熱電発電機の生産に有用な構造体であり、絶縁材料のストライプ部によって分離されるか、あるいは絶縁材料上に空間的に離れて設けられたｎ型材料の少なくとも１つのストライプ部及びｐ型材料の少なくとも１つのストライプ部を備える、構造体において、ポリマ基板を含まず、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法によって得ることができることを特徴とする、構造体。
  6. ２個から１０００個までのストライプ部を備える、請求項５に記載の構造体。
  7. 前記ストライプ部が、テープキャスティングによる生産を可能にする材料から製造される、請求項５又は６に記載の構造体。
  8. 前記ｐ型材料、前記ｎ型材料及び前記絶縁材料の前記ストライプ部がセラミック材料から成る、請求項５〜７のいずれか一項に記載の構造体。
  9. 前記ｎ型材料が、ＬａＮｉＯ３、ＣａＭｎＯ３、及びＣｏをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２、並びにそれらの混合物の中から選択される、請求項５〜８のいずれか一項に記載の構造体。
  10. 前記ｐ型材料が、ＬｉをドープされたＮｉＯ、Ｃｒをドープされたベータ‐ＦｅＳｉ２、及びドープされたＣａ３Ｃｏ４Ｏ９、並びにそれらの混合物の中から選択される、請求項５〜９のいずれか一項に記載の構造体。
  11. 前記絶縁材料が、Ｋ２Ｏ‐ＢａＯ‐ＳｉＯ２、及びＢａＯ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２、並びにそれらの混合物の中から選択される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載の構造体。
  12. 当該構造体内のｎ型材料、ｐ型材料及び絶縁材料の前記ストライプ部の寸法が、以下の、
    幅（ｗ）：１ｍｍから１００ｍｍまで、例えば５ｍｍから５０ｍｍまでなど
    厚さ（ｔ）：０．０５ｍｍから５ｍｍまで、例えば０．１ｍｍから２ｍｍまでなど、好適には０．５ｍｍから１ｍｍまで
    長さ（ｌ）：２ｍｍから１０００ｍｍまで、例えば５ｍｍから２００ｍｍまでなど、好適には２０ｍｍから１００ｍｍまで
    のように選択される、請求項５〜１１のいずれか一項に記載の構造体。
  13. 前記導電材料が銀を含む、請求項５〜１２のいずれか一項に記載の構造体。
  14. 請求項５〜１３のいずれか一項に記載の、少なくとも１つの構造体を備える、熱電発電機。
  15. 請求項５〜１３のいずれか一項に記載の構造体が、巻かれた形状又は積み重ねられた形状で存在する、請求項１４に記載の熱電発電機。
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