JP2017152682A - 熱電装置及びその用途 - Google Patents

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Abstract

【課題】高いＺＴ値を示し熱電効率が高い熱電材料を有する熱電装置を提供する。【解決手段】熱電装置２００は、少なくとも１層のｎ型層２０２に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層２０１と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層２０７とを含む。ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボン粒子を有する。熱電装置は、電気接触部２０４、２０５により外部負荷に接続される【選択図】図２

Description

（関連出願データ）
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の規定により、２０１０年１０月１８日出願の米国仮特許出願番号６１／３９４，２９３に基づく優先権を主張し、この仮出願の内容を参照することにより援用する。
本発明は、熱電材料に関し、特に熱電材料を組み込んだ装置に関する。
熱エネルギーは発電に広く利用されている。しかし、現行の手法による熱エネルギーの電気エネルギーへの変換効率は低く、約３０〜４０パーセントである。そのため、熱エネルギーの多くが無駄に周辺環境に流出する。世界の年間発電量において、約１５テラワットの電力が周辺環境に失われていると推定される。
熱電材料は、現行以上に発電を行うために熱を捕獲することが可能である。熱電効率は性能指数ＺＴで数値化される。
高いＺＴ値を示す熱電材料は、熱電効率が高い。妥当なＺＴ値を有する熱電材料の製造は、困難で費用がかかることが多い。例えば、カルコゲン化ビスマスは、ＺＴ値が０．７〜１．０で優れた熱電特性を有している。このような材料をナノ構造化させ、Ｂｉ２Ｔｅ３層とＢｉ２Ｓｅ３層を交互に形成した超格子構造を生成し、許容可能な導電性を有し、かつ、熱伝導性が低い材料を得ることができる。しかし、このような材料の製造は時間と費用がかかることがある。
さらに、製造条件や他の材料許容度を考えると、多くの熱電材料は、種々の集熱及び発電装置に容易に組み込むことができない。
一側面において、いくつかの実施形態により、既存の熱電材料の一以上の問題点を克服又は軽減できる熱電装置について説明する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされている。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、少なくとも一つのｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、少なくとも一つのｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層は、さらに、カーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、さらに、ｎドープカーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
本願の熱電装置のいくつかの実施形態において、ｐドープ及びｎドープのカーボンナノチューブを含むカーボンナノ粒子を、一以上の無機半導体ナノ粒子で置換することができる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子は、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、あるいは、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子は、量子ドット及び／又はナノワイヤを含む。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子の寸法は、本願のカーボンナノ粒子のいずれとも一致する。
他の側面において、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを備える光熱装置について説明する。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。
いくつかの実施形態において、光熱装置は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間に配置されたストークスシフト層を備える。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣接面に伝達する熱エネルギーを生成することが可能な一以上のストークスシフト化学種を有する。いくつかの実施形態において、ストークスシフト化学種は、光起電コンポーネントを通過する電磁放射線を吸収する。
さらに、いくつかの実施形態において、一以上のストークスシフト化学種より放出される放射線は、光起電コンポーネントにより吸収される。
他の側面において、熱電装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、熱電装置の製造方法は、複数のカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｐ型層を設け、複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｎ型層を設け、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置し、ｐ型層とｎ型層とを結合してｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、複数のｐ型層及びｎ型層を設け、互いに結合して、複数のｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、（複数の）ｐ型層と（複数の）ｎ型層との間に（複数の）絶縁層を配置する。さらに、熱電装置の製造方法のいくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
他の側面において、光熱装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、光起電コンポーネントを設け、熱電コンポーネントを設け、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを結合する。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、上述のように、複数のｎ型層に結合された複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層を備える。
いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を配置する。
他の側面において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法について説明する。いくつかの実施形態において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法は、光起電コンポーネントと、光起電コンポーネントに結合された熱電コンポーネントとを備える装置を設ける。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。また、変換方法は、光起電コンポーネントにより電磁放射線を吸収して光電流を生成し、熱電コンポーネントの一面を加熱して熱電コンポーネント全体に電圧を誘導する。
いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントで発生した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。また、いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を設け、電磁放射線をストークスシフト層により吸収して熱及び電磁放射線を生成し、生成した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層により生成した電磁放射線を光起電コンポーネントに伝達して、光電流の生成を行う。
これらの実施形態及び他の実施形態について、以下により詳細に説明する。
本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図である。 本願の一実施形態に係る熱電装置を示すである。 本願のいくつかの実施形態に係るポリマーマトリックスにおける種々のカーボンナノチューブ充填量に対するゼーベック係数を示す図である。 本願の一実施形態に係る光熱装置を示す図である。 本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図である。
本願の実施形態は、以下の詳細な説明、例、図面を参照することにより、より容易に理解できる。なお、ここで説明する構成要素、装置、方法は、詳細な説明、例、図面に示される具体的な実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本発明の原理を例示するものにすぎない。本発明の主旨を逸脱することなく多数の変更や修正を行うことは、当該分野の技術者にとって容易に明らかであろう。
また、ここに開示する数値範囲はすべて、それに含まれるすべてのサブ範囲を含むものとする。例えば、「１．０〜１０．０」という範囲の記載がある場合、最小値１．０以上で始まり、最大値１０．０以下で終わるサブ範囲、例えば、１．０〜５．３、４．７〜１０．０、３．６〜７．９等、がすべて含まれるものとする。
いくつかの実施形態において、熱電装置について説明する。この熱電装置は、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされている。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、少なくとも一つのｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、少なくとも一つのｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、ｐｎ接合部位においてｐ型層とｎ型層との間に金属接触部が設けられる。いくつかの実施形態において、例えば、金属接触部によりｐ型層がｎ型層に結合され、本願の熱電装置のｐｎ接合を形成する。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層は、さらに、カーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、さらに、ｎドープカーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
図１は、本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図を示す。図１に示す熱電装置では、２層のｐ型層（１）が１層のｎ型層（２）に交互に結合されている。ｐ型層（１）とｎ型層（２）を交互に結合することにより、熱電装置の表裏面にｐｎ接合（４）を有するｚ型構成が得られる。ｐ型層（１）とｎ型層（２）とを積層構成にする際に、ｐ型層（１）とｎ型層（２）の境界面の間に絶縁層（３）を配置する。上述のように、図１に示す熱電装置は、装置の種々の構成要素の例示と理解を促すために広げた状態で示してある。なお、いくつかの実施形態においては、絶縁層（３）がｐ型層（１）とｎ型層（２）とに接触するように、熱電装置を広げた状態とはしない。
また、図１は、熱電装置の一面を熱源に露出することにより誘導される熱電装置内の電流の流れも示している。熱的に発生した電流を外部負荷部に印加するために、熱電装置に電気接触部（Ｘ）が設けられる。
図２は、本願の一実施形態に係る、ｐ型層（２０１）とｎ型層（２０２）とが積層構成である熱電装置（２００）を示す。ｐ型層（２０１）とｎ型層（２０２）とは、積層構成における絶縁層（２０７）によって隔離されている。熱電装置（２００）は、電気接触部（２０４、２０５）により外部負荷部に接続される。
ここで、本願の熱電装置の種々の実施形態に含むことができる構成要素について説明するが、本願の熱電装置は、複数のカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｐ型層を備えている。
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物を含む。いくつかの実施形態において、フラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、ｐドープ多層カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物を含む。
いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセント〜約２５重量パーセント、あるいは、約１０重量パーセントから約２０重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、酸素を含む。
いくつかの実施形態において、ｐ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの格子に組み込まれる。いくつかの実施形態において、ｐ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの周辺環境により外部からカーボンナノチューブに与えられる。以下にさらに説明するように、いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノチューブは、ポリマーマトリックスに配置される。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、カーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与えることができる。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｐドープされていない。あるいは、ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｐドーパントを有する。また、いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスに配置されたアルカリ金属等の化学種は、カーボンナノチューブのｐドーパントとして機能することができる。
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、高いアスペクト比を有する。ここで言うアスペクト比とは、カーボンナノ粒子の長さをカーボンナノ粒子の直径又は幅で除算したものである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１〜約１０６のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子は、約１０〜約１００，０００のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子は、約１０〜約１０，０００、又は、約５〜約１０００のアスペクト比を有する。
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｐ型層のカーボンナノ粒子の長さは、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１０ｎｍ〜約１ｍｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子の長さは、約５０ｎｍ〜約５００μｍ、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、又は、約５００ｎｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子の長さは、約２００μｍ〜約５００μｍである。
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノ粒子の直径は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子の直径は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子の直径は、約１００ｎｍより大きいか、約１ｎｍ未満である。
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｐ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成で設けられる。
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本願のカーボンナノ粒子のうちの１種以上を、約０．１重量パーセント〜約１００重量パーセント含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、少なくとも約２重量パーセントのカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、少なくとも５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントのカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、約２重量パーセント〜約５０重量パーセントのカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、約５重量パーセント〜約３０重量パーセントのカーボンナノ粒子を含む。
いくつかの実施形態において、本願のｐ型層のカーボンナノ粒子充填量は、この層の所望のゼーベック係数に応じて選択することができる。図３は、本願のいくつかの実施形態に係るｐ型層のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）マトリックスのＳＷＮＴ充填量の関数としてのゼーベック係数を示す。図３に示すように、ＳＷＮＴ充填量が５重量パーセントから１００重量パーセントで、ｐ型層について一定範囲のゼーベック係数が得られる。
上述のように、いくつかの実施形態において、ｐ型層は、さらに、カーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスを有する。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれもポリマーマトリックスの生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含むフッ素ポリマーを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含む。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンを含むが、これらに限定されるものではない。
いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、一以上の共役ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、共役ポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェンを含む。
いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、一以上の半導体ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体を含むことも可能である。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）を含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ［２，６−（４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン）−alt−４，７―（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）を含む。
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約１０ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、約１μｍ〜約１００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。
いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約２０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約３０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約５μＶ／Ｋ〜約３５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約１０μＶ／Ｋ〜約３０μＶ／Ｋである。
上述のように、いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、カーボンナノ粒子の同定情報と充填量に応じて変えることができる。いくつかの実施形態において、例えば、ｐ型層のゼーベック係数は、ｐ型層の単層カーボンナノチューブ充填量に反比例する。
本願の熱電装置は、少なくとも一つのｐ型層に加えて、複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｎ型層を備える。
いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物を含む。いくつかの実施形態において、フラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物を含む。
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｎ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成で設けられる。
いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセント〜約２５重量パーセント、あるいは、約１０重量パーセントから約２０重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、低酸素ナノチューブである。
いくつかの実施形態において、ｎ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの格子に組み込まれる。いくつかの実施形態において、ｎ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの周辺環境により外部からカーボンナノチューブに与えられる。以下にさらに説明するように、いくつかの実施形態において、ｎ型層のカーボンナノチューブは、ポリマーマトリックスに配置される。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、カーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与えることができる。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、マトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｎドープされていない。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、マトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｎドープされている。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のｎドープカーボンナノ粒子は、高いアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層のｎドープカーボンナノ粒子は、約１〜約１０６のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子は、約１０〜約１００，０００のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子は、約１０〜約１０，０００、又は、約５〜約１０００のアスペクト比を有する。
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｎ型層のカーボンナノ粒子の長さは、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１０ｎｍ〜約１ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子の長さは、約５０ｎｍ〜約５００μｍ、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、又は、約５００ｎｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子の長さは、約２００μｍ〜約５００μｍである。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のカーボンナノ粒子の直径は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子の直径は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノ粒子の直径は、約１００ｎｍより大きいか、約１ｎｍ未満である。
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本願のｎドープカーボンナノ粒子のうちの１種以上を、約０．１重量パーセント〜約１００重量パーセント含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、少なくとも約２重量パーセントのｎドープカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、少なくとも５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントのｎドープカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、約２重量パーセント〜約５０重量パーセントのｎドープカーボンナノ粒子を含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、約５重量パーセント〜約３０重量パーセントのｎドープカーボンナノ粒子を含む。ｐ型層と同様に、いくつかの実施形態において、ｎ型層のナノ粒子充填量は、この層の所望のゼーベック係数に応じて決定することができる。
上述のように、いくつかの実施形態において、ｎ型層は、ｎドープカーボンナノ粒子が配置されたポリマーマトリックスをさらに有する。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれも、ｎドープカーボンナノ粒子を受け入れるポリマーマトリックスの生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含むフッ素ポリマーを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含む。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンを含むが、これらに限定されるものではない。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のポリマーマトリックスは、一以上の共役ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、共役ポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェンを含む。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のポリマーマトリックスは、一以上の半導体ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体を含むことも可能である。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）を含む。
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約１ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約１０ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、約１μｍ〜約１００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、隣接するｐ型層と同一又はほぼ同一の長さである。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−１０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−１５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約−２０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−３０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約−５μＶ／Ｋ〜約−３５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約−１０μＶ／Ｋ〜約−３０μＶ／Ｋである。
いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、ｎドープカーボンナノ粒子の同定情報と充填量に応じて変えることができる。いくつかの実施形態において、例えば、ｎ型層のゼーベック係数は、ｎ型層のカーボンナノチューブ充填量に反比例する。
本願の熱電装置のいくつかの実施形態において、ｐドープ及びｎドープのカーボンナノチューブを含むカーボンナノ粒子は、一以上の無機半導体ナノ粒子で置換することができる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子は、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、あるいは、これらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子は、量子ドット及び／又はナノワイヤを含む。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノ粒子には、本願のｐ層及びｎ層のそれぞれに使用するｐドーパント又はｎドーパントが設けられる。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、少なくとも一つのｐ型層と少なくとも一つのｎ型層との間に配置された絶縁層を備える。いくつかの実施形態において、絶縁層は電気絶縁性を有している。いくつかの実施形態において、絶縁層は電気絶縁性及び熱是絶縁性を有している。いくつかの実施形態において、熱電装置は、複数のｐ型層とｎ型層との間に配置された複数の絶縁層を備える。いくつかの実施形態において、絶縁層により、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層との積層構成配置が可能になる。
いくつかの実施形態において、絶縁層は一以上のポリマー材料を含む。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれも絶縁層の生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、絶縁層は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含む。いくつかの実施形態において、絶縁層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンを含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、絶縁層はＰＶＤＦを含む。
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５０ｎｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約７５ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、絶縁層が挟まれるｐ型層及びｎ型層の長さとほぼ一致する。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、約１μｍ〜約１００μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｐ型層と複数のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、本発明の目的に矛盾しない数であれば、いずれの数のｐ型層及びｎ型層を備えてもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは交互に配置され、積層構成となり、絶縁層により隔離される。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも３層のｐ型層と少なくとも３層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも５層のｐ型層と少なくとも５層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１０層のｐ型層と少なくとも１０層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１５層のｐ型層と少なくとも１５層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１００層のｐ型層と少なくとも１００層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１０００層のｐ型層と少なくとも１０００層のｎ型層とを備える。
いくつかの実施形態において、１層以上のｐ型層と１層以上のｎ型層を備える本願の熱電装置は織物の形態をとる。いくつかの実施形態において、織物は可撓性があることから、様々な表面形状及び／又は形態を有する種々の基板に熱電装置を適用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、熱電装置は、曲面基板及び／又は非平面基板に適用される。
いくつかの実施形態において、本願の構成を有する熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約２５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約３０μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約５０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約７５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約１００μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１５０μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約１７５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約２００μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置ゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約２５μＶ／Ｋ〜約２５０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約５０μＶ／Ｋ〜約１５０μＶ／Ｋである。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は少なくとも０．５である。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、少なくとも０．７又は少なくとも０．８である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、少なくとも１又は少なくとも１．５である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、約０．５〜約２、又は、約０．８〜約１．５である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は約１〜約１．３である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は約１〜１０である。
他の側面において、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを備える光熱装置について説明する。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。
図４は、本願の一実施形態に係る光熱装置を示す。図４に示す光熱装置（４００）は、熱電コンポーネント（４０２）に結合された光起電コンポーネント（４０１）を備える。熱電コンポーネントは、熱電装置について本願で説明する構成のいずれを有してもよい。
さらに、光起電コンポーネントは、放射線透過性の第１の電極（４０４）と、少なくとも一つの感光層（４０５）と、励起子阻止層（４０６）と、第２の放射線透過性の電極（４０７）とを備える。光熱装置のいくつかの実施形態において、熱電コンポーネントに隣接する光起電コンポーネントの電極は、放射線透過性がない。
いくつかの実施形態によれば、放射線透過性の第１の電極及び第２の電極は、放射線透過性の導電性酸化物を含む。
いくつかの実施形態において、放射線透過性の導電性酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）を含むことができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、ポリアナリン（ＰＡＮＩ）やその化学的関連物質等の放射線透過性ポリマー材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極はＺｎＯ：Ａｌを含む。
いくつかの実施形態において、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）が、第１及び／又は第２の電極のための好適な放射線透過性ポリマー材料となりうる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、少なくとも部分的に可視電磁放射線を透過させることが可能な厚さのカーボンナノチューブ層を有してもよい。
一実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、ナノ粒子フェーズをポリマーフェーズに分散させた複合材料を含むことができる。一実施形態において、ナノ粒子フェーズは、カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、これらの混合物を含んでもよい。さらに他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、少なくとも部分的に可視電磁放射線を透過させることが可能な厚さの金属層を有してもよい。いくつかの実施形態において、金属層は元素的純金属又は合金を含むことができる。放射線透過性の第１の電極として使用するのに好適な金属は、仕事関数が高い金属である。
いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１０ｎｍ〜約１μｍとすることができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１００ｎｍ〜約９００ｎｍとすることができる。また、他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約２００ｎｍ〜約８００ｎｍとすることができる。さらに他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１μｍより厚くすることができる。
いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、それぞれ独立して構成される。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、互いに関連して構成される。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの少なくとも一つの感光層は、有機組成を有する。いくつかの実施形態において、感光有機層の厚さは、約３０ｎｍ〜約１μｍである。他の実施形態において、感光有機層の厚さは、約８０ｎｍ〜約８００ｎｍである。さらに他の実施形態において、感光有機層の厚さは、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍである。
本願の実施形態によれば、感光有機層は、電磁放射線を吸収して励起子を生成し、その励起子が電子とホールに分離する、少なくとも一つの感光性領域を備える。いくつかの実施形態において、感光性領域はポリマーを含むことができる。一実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用するのに好適なポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェン等の共役ポリマーを含むことができる。
いくつかの実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用するのに好適なポリマーは、半導体ポリマーとすることができる。一実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。他の実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体とすることも可能である。さらに他の実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用する半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）を含むことができる。
いくつかの実施形態によれば、感光性領域は、小分子を含むことができる。一実施形態において、感光有機層の感光性領域に使用するのに好適な小分子は、クマリン６、クマリン３０、クマリン１０２、クマリン１１０、クマリン１５３、クマリン４８０Ｄとすることができる。他の実施形態において、小分子は、メロシアニン５４０とすることができる。さらに他の実施形態において、小分子は、９，１０−ジヒドロベンゾ［ａ］ピレン−７（８Ｈ）−オン、７−メチルベンゾ［ａ］ピレン、ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、３，４−ジヒドロキシ−３−シクロブテン−１，２−ジオン、１，３−ビス［４−（ジメチルアミノ）フェニル］−２，４−ジヒドロキシシクロブテンジイリウムジヒドロオキサイドとすることができる。
いくつかの実施形態において、励起子の分離は、隣接するドナー材料とアクセプター材料との間に形成される有機層中のヘテロ接合において促進される。本願のいくつかの実施形態において、有機層は、ドナー材料とアクセプター材料との間に形成される少なくとも一つのバルクヘテロ接合を備える。他の実施形態において、有機層は、ドナー材料とアクセプター材料との間に形成される複数のバルクヘテロ接合を備える。
有機材料に関して、ドナー及びアクセプターという用語は、接触する２つの異なる材料の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの相対位置を示す。これは、無機材料についての同じ用語の使用法とは異なり、無機材料の場合、ドナー及びアクセプターは、無機ｎ型層及びｐ型層をそれぞれ生成するのに使用されうるドーパントの種類を示す。有機材料の場合、他の材料と接触している一材料のＬＵＭＯエネルギーレベルの方が低ければ、その一材料はアクセプターである。そうでなければ、その材料はドナーである。外部バイアスがない場合、ドナーとアクセプターとの接合における電子がアクセプター材料に移動し、ホールがドナー材料に移動することが、エネルギー的に好ましい。
本願のいくつかの実施形態によれば、感光有機層の感光性領域はポリマー複合材料を含む。一実施形態において、ポリマー複合材料は、ポリマーフェーズに分散されたナノ粒子フェーズである。感光性領域のポリマーフェーズを生成するのに好適なポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）を含むチオフェン等の共役ポリマーとすることができる。
いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料のポリマーフェーズに分散されたナノ粒子フェーズは、少なくとも一つのカーボンナノ粒子を有する。カーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物を含む。一実施形態において、ナノ粒子フェーズに使用するのに好適なフラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）とすることができる。いくつかの実施形態において、ナノ粒子フェーズに使用するカーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、又は、それらの混合物とすることができる。
本願のいくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノ粒子の比率は、約１：１０〜約１：０．１である。いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノ粒子の比率は、約１：４〜約１：０．４である。いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノ粒子の比率は、約１：２〜約１：０．６である。例えば、一実施形態において、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）とＰＣＢＭの比率は、約１：１〜約１：０．４である。
さらに他の実施形態において、ポリマーフェーズに分散されたナノ粒子フェーズは、少なくとも一つのナノウィスカーを含む。ここで言うナノウィスカーとは、複数のカーボンナノ粒子から形成される結晶性カーボンナノ粒子のことである。いくつかの実施形態において、ナノウィスカーは、ポリマー複合材料を含む感光有機層をアニール処理することにより生成することができる。いくつかの実施形態によれば、ナノウィスカーの形成が可能なカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレンを含むことができる。一実施形態において、ナノウィスカーは結晶性ＰＣＢＭを含む。いくつかの実施形態において、感光有機層のアニール処理により、ポリマーフェーズにおけるナノ粒子フェーズの分散がさらに大きくなる。
ポリマーフェーズとナノ粒子フェーズとを有する感光性領域の実施形態において、ポリマーフェーズはドナー材料として機能し、ナノ粒子フェーズはアクセプター材料として機能することにより、励起子をホールと電子に分離するためのヘテロ接合を形成する。ナノ粒子をポリマーフェーズ全体に分散させる実施形態において、有機層の感光性領域は複数のバルクヘテロ接合を有する。いくつかの実施形態において、感光有機層の感光性領域におけるドナー材料は、ポルフィリン、フタロシアニン、それらの誘導体を含む有機金属化合物とすることができる。さらに他の実施形態において、感光有機層の感光性領域におけるアクセプター材料は、ペリレン、ナフタレン、それらの混合物とすることができる。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの少なくとも一つの感光層は、無機組成を有する。いくつかの実施形態において、本願の感光無機層は種々の組成を有することができる。いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントの感光無機層は、ＩＶ族半導体材料、ＩＩ／ＶＩ族半導体材料（ＣｄＴｅ等）、ＩＩＩ／Ｖ族半導体材料、あるいは、それらの組み合わせ又は混合物を含む無機組成を有する。いくつかの実施形態において、感光無機層は、ＩＶ族、ＩＩ／ＶＩ族、又は、ＩＩＩ／Ｖ族の二元、三元、四元系を含む。いくつかの実施形態において、感光無機層は、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）等のＩ／ＩＩＩ／ＶＩ材料を含む。いくつかの実施形態において、感光無機層は多結晶シリコン（Ｓｉ）を含む。いくつかの実施形態において、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又は、プロト結晶シリコンを含む。いくつかの実施形態において、感光無機層は、多結晶硫化銅亜鉛スズ（ＣＺＴＳ）を含む。いくつかの実施形態において、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又は、プロト結晶ＣＺＴＳを含む。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはＣｕ２ＺｎＳｎＳ４を含む。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはさらにセレン（Ｓｅ）を有する。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはさらにガリウム（Ｇａ）を有する。
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントの感光無機層は、アモルファス材料を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも一つの感光無機層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を含む。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、パッシベーション処理が施されていないか、ほとんど施されていない。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンには、水素によるパッシベーション処理が行われる（ａ−Ｓｉ：Ｈ）。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、ハロゲンによるパッシベーション処理が行われないか、ハロゲン以外でのパッシベーション処理が行われる。例えば、いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、Ｓｉ：Ｆを全く含まないか、ほとんど全く含まない。あるいは、いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンには、フッ素パッシベーション処理が行われる（ａ−Ｓｉ：Ｆ）。
いくつかの実施形態において、ドープにより本願の感光無機層に一以上のヘテロ接合を形成することができる。例えば、いくつかの実施形態において、感光無機層のうちのある領域にｐドーパントでドープを行い、その感光無機層の別の領域にｎドーパントでドープを行い、ヘテロ接合を形成する。いくつかの実施形態において、感光無機層の材料が本質的にｐ型である場合、感光無機層のある領域にｎドーパントでドープを行って、ヘテロ接合を形成することができる。感光無機層の材料が本質的にｎ型である場合のいくつかの実施形態において、感光無機層のある領域にｐドーパントでドープを行って、ヘテロ接合を形成することができる。
いくつかの実施形態において、本願のドープを行うのに好適な感光無機層の無機材料は、いずれも、感光層において一以上のヘテロ接合を形成するようにドープが行われる。例えば、いくつかの実施形態において、水素パッシベーション処理が施されたアモルファスシリコンに、ｐ型及び／又はｎ型のドーパントでドープを行い、一以上のヘテロ接合を形成する。さらに、いくつかの実施形態において、上述の感光無機層のＩＶ族、ＩＩＩ／Ｖ族、及び／又は、ＩＩ／ＶＩ族の半導体材料に、ｐ型及び／又はｎ型のドーパントでドープを行い、一以上のヘテロ接合を形成することができる。
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントは、ｎ型領域と、真性領域と、ｐ型領域とを有する少なくとも一つの感光無機層を備える。いくつかの実施形態において、ｎ型領域はｎドープ無機半導体を含む。いくつかの実施形態において、ｐ型領域はｐドープ無機半導体を含む。いくつかの実施形態において、真性領域はドープされていない無機半導体を含む。
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントは多接合構成を有する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは複数の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントが２層の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有することにより、二重接合デバイスを構成する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントが３層の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有することにより、三重接合デバイスを構成する。各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有する複数の感光無機層を備えるいくつかの実施形態において、複数の無機層が互いに隣接し、無機層間に一以上のヘテロ接合が形成されるようにする。例えば、いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、第１のｎ型領域と第１の真性領域と第１のｐ型領域とを有する第１の感光無機層と、第２のｎ型領域と第２の真性領域と第２のｐ型領域とを有する第２の感光無機層とを備え、第１のｐ型領域が第２のｎ型領域に隣接するか、第１のｎ型領域が第２のｐ型領域に隣接する。いくつかの実施形態において、本願の光電装置は単一接合デバイスを含む。当該分野の技術者には既知のことであるが、いくつかの実施形態において、本願の多接合デバイスの構成において第１、第２及び／又は第３の感光無機層の間にトンネル接合を配置することができる。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、複数の感光有機層を備える。
光起電コンポーネントに複数の感光層が存在する場合のいくつかの実施形態において、これら感光層の吸収プロファイルは重複しないか、ほとんど重複しない。光起電コンポーネントに複数の感光層が存在する場合のいくつかの実施形態において、感光層の吸収プロファイルは少なくとも部分的に重複する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントに複数の感光層を用いて、太陽光スペクトルのうちの一以上の領域を捉えることができる。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの励起子阻止層（ＥＢＬ）は、解離界面付近の領域に光生成された励起子を閉じ込め、感光層と電子との界面での寄生励起子のクエンチングを防ぐように作用することができる。また、ＥＢＬは、励起子の拡散経路を制限するだけでなく、電極形成の際に導入される物質への拡散バリアとしても作用することができる。いくつかの実施形態において、ＥＢＬは、光起電装置を動作不能にしてしまうおそれのあるピンホールや短絡の欠陥を埋めるのに十分な厚さを有することができる。
本願のいくつかの実施形態において、ＥＢＬはポリマー複合材料を含むことができる。一実施形態において、ＥＢＬは、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）に分散されたカーボンナノ粒子を含む。他の実施形態において、ＥＢＬは、ポリ（塩化ビニリデン）及びその共重合体に分散されたカーボンナノ粒子を含む。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳやポリ（塩化ビニリデン）を含むポリマーフェーズに分散されたカーボンナノ粒子は、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物を含むことができる。さらに他の実施形態において、ＥＢＬは、電子の通過を阻止するとともにホールの移動を可能にするような仕事関数エネルギーを有するポリマーであれば、いずれのものでもよい。
いくつかの実施形態において、ＥＢＬは、感光性組立体における放射線透過性の第１の電極と有機感光層とのあいだに配置されてもよい。例えば、光電装置が複数の感光有機層を備える場合のいくつかの実施形態において、ＥＢＬを感光有機層間に配置することができる。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、一以上のアップコンバータ及び／又はダウンコンバータを備える。当該分野の技術者が理解しているように、アップコンバータは、材料に吸収される電磁放射線のエネルギーよりも大きいエネルギーの電磁放射を行って、励起状態を生成することが可能な材料である。いくつかの実施形態で使用するのに好適なアップコンバータは、赤外線を吸収するとともに、上述の光起電コンポーネントの感光有機層により吸収可能な波長の可視光線を放出する。
いくつかの実施形態において、アップコンバータは、少なくとも一つのランタナイド系元素を含む材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、アップコンバータの材料は、少なくとも一つのランタナイド系元素を含むナノ粒子を含むことができる。上述のいくつかの実施形態によるアップコンバータの材料として使用するのに好適なランタナイド系元素は、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、又は、それらの混合物を含む。いくつかの実施形態において、アップコンバータの材料は、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又は、それらの混合物のイオンをドープした金属酸化物及び金属硫化物を含む。他の実施形態において、光ファイバに直接、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又は、それらの混合物のイオンをドープしてもよい。
他の実施形態において、アップコンバータの材料は、有機化学種を含むことができる。有機アップコンバータ材料は、Ｈ２Ｃ６Ｎや４−ジアルキルアミノ−１，８−ナフタルイミドのほか、１，８−ナフタルイミド誘導体や、多分岐ナフタルイミド誘導体ＴＰＡ−ＮＡ１、ＴＰＡ−ＮＡ２、ＴＰＡ−ＮＡ３等の化合物であってもよい。また、有機アップコンバータ材料は、４−（ジメチルアミノ）シナモニトリル（シス及びトランス）、トランス−４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］−１−メチルピリジニウムヨウ化物、４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］ピリジン、４−（ジエチルアミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン、トランス−４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］−１−ｐ−トルエンスルホン酸メチルピリジニウム、２−［エチル［４−［２−（４−ニトロフェニル）エテニル］フェニル］アミノ］エタノール、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、ディスパースオレンジ２５、ディスパースオレンジ３、ディスパースレッド１であってもよい。
さらに他の実施形態において、アップコンバータの材料は、量子ドットを含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、量子ドットは、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩＩ／Ｖ及びＩＩ／ＶＩ半導体材料とすることができる。また、アップコンバータの材料は、量子ドットのコアシェル構造を含むこともできる。
上述の材料のほか、いくつかの実施形態において、クロム等の遷移金属を含むアップコンバータ材料も考えられる。
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、米国特許出願番号１２／２９８，９４２及び１２／２９８，９３６に記載されるものと一致する構成を有する。これらの文献はすべて、本願で参照することより援用する。
再び図４を参照して、光熱装置（４００）は、さらに、光起電コンポーネント（４０１）と熱電コンポーネント（４０２）との間に配置されたストークスシフト層（４０３）を備える。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣接面に伝達する熱エネルギーを生成することが可能な一以上のストークスシフト化学種を有する。いくつかの実施形態において、ストークスシフト化学種は、光起電コンポーネント（４０１）を通過した電磁放射線を吸収する。さらに、いくつかの実施形態において、一以上のストークスシフト化学種により放出される放射線は、光起電コンポーネント（４０１）により吸収される。
本発明の目的と矛盾しないストークスシフト材料であれば、いずれもストークスシフト層への組み込みに使用することができる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、吸収及び放出プロファイルに応じて選択される。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料の吸収プロファイルは、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと重複しない。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料の吸収プロファイルは、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと少なくとも部分的に重複する。また、いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと少なくとも部分的に重複する放出プロファイルを有する。
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、電磁スペクトルの近紫外線領域の放射線を吸収することが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの波長の放射線を吸収する。
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は染料を含む。本発明の目的と矛盾しない染料であれば、いずれも使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、染料としては、クマリン、クマリン誘導体、ピレン、ピレン誘導体のうちの一以上を含む。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、紫外線光励起可能な蛍光物質を含む。いくつかの実施形態で使用するのに好適な染料の非限定的な例として、メトキシクマリン、ダンシル染料、ピレン、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ３５０、アミノメチルクマリンアセテート（ＡＭＣＡ）、マリーナブルー染料、ダポキシル染料、ジアルキルアミノクマリン、Ｂｉｍａｎｅ染料、ヒドロキシクマリン、カスケードブルー染料、パシフィックオレンジ染料、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４０５、カスケードイエロー染料、パシフィックブルー染料、ＰｙＭＰＯ、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４３０がある。
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は蛍光体を含む、本発明の目的と矛盾しない蛍光体であれば、いずれを使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、蛍光体は、ハロリン酸塩蛍光体と三リン酸のうちの一以上を含む。いくつかの実施形態で使用するのに好適な蛍光体の非限定的な例として、Ｃａ５（ＰＯ４）３（Ｆ，Ｃｌ）：Ｓｂ３＋、Ｍｎ２＋；Ｅｕ：Ｙ２Ｏ３；、Ｔｂ３＋，Ｃｅ３＋：ＬａＰＯ４がある。いくつかの実施形態において、蛍光体は蛍光体粒子を含む。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子は流体中に懸濁させることができる。
他の側面において、熱電装置の製造方法を説明する。いくつかの実施形態において、熱電装置の製造方法は、複数のカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｐ型層を設け、複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する少なくとも一つのｎ型層を設け、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置し、ｐ型層とｎ型層とを結合してｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、複数のｐ型層及びｎ型層を設け、互いに結合して、複数のｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、（複数の）ｐ型層と（複数の）ｎ型層との間に（複数の）絶縁層を配置する。さらに、熱電装置の製造方法のいくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは積層構成である。いくつかの実施形態において、金属接触部によりｐ層とｎ層とを結合して、ｐｎ接合を形成する。例えば、いくつかの実施形態において、金属接触部より１層のｐ層を１層のｎ層に結合して、熱電装置のｐｎ接合を形成する。
他の側面において、光熱装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、光起電コンポーネントを設け、熱電コンポーネントを設け、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを結合する。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、上述のように、複数のｎ型層に結合された複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層を備える。
いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を配置する。
他の側面において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法について説明する。いくつかの実施形態において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法は、光起電コンポーネントと、光起電コンポーネントに結合された熱電コンポーネントとを備える装置を設ける。熱電コンポーネントは、少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を有する。また、変換方法は、光起電コンポーネントにより電磁放射線を吸収して光電流を生成し、熱電コンポーネントの一面を加熱して熱電コンポーネント全体に電圧を誘導する。
いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントで発生した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。また、いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を設け、電磁放射線をストークスシフト層により吸収して熱及び電磁放射線を生成し、生成した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層により生成した電磁放射線を光起電コンポーネントに伝達して、光電流の生成を行う。
これらの実施形態及び他の実施形態について、以下の非限定的な実施例によりさらに説明する。
（熱電装置）
３５ｍｇの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を設け、それに１７．５ｍｌのジメチルアクリルアミド（ＤＭＡ）を添加して、第１のｐ型層を形成した。得られた混合物に高エネルギー超音波処理を１時間行った。そして、全固形分で混合物の２０重量パーセントをＳＷＮＴにする量のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、混合物に添加した。得られたＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物に高エネルギー超音波処理を１時間行った。
７５ｍｍ×４５ｍｍの寸法のスライドガラスをメタノールでクリーニングし、９０℃のホットプレート上に配置した。ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物をスライドガラス上に均等に注ぎ、ＤＭＡを蒸発させた。乾燥後のＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜をオーブンに入れ、１００℃で１２時間、アニール処理を行った。その後、スライドガラスをオーブンから取り出し、ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜にメタノールを注いだ。スライドガラスからＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜を慎重に取り外し、脱イオン水で洗浄し、乾燥させた。
上述の手順で第２のｐ型層を形成した。さらに、上述の手順でｎ型層を形成した。ここで、ｎドープカーボンナノチューブがＤＭＡ及びＰＶＤＦと組み合わさる点が上述と異なる。
以下の手順で２層の絶縁層を形成した。ＤＭＡ０．０２５ｍｌに対してポリプロピレンパウダー１ｍｇの割合で、６００ｍｇのポリプロピレン（ＰＰ）をＤＭＡに添加した。ＰＰパウダーがＤＭＡに溶解するまで、得られた混合物に超音波処理を行った。７５ｍｍ×４５ｍｍの寸法のスライドガラスをメタノールでクリーニングし、９０℃のホットプレート上に配置した。ＰＰ／ＤＭＡ混合物をスライドガラス上に均等に注ぎ、ＤＭＡを蒸発させた。得られたＰＰ膜にメタノールを注ぎ、スライドガラスからＰＰ膜を慎重に取り外した。
その後、２層のｐ型層と、ｎ型層と、２層の絶縁層とを結合して、図５に示すような熱電装置を形成した。得られた熱電装置は、装置の種々の構成部分を例示するために図５では広げた状態である。
以上、本発明の種々の目的を達成するように、本発明の種々の実施形態について説明した。これらの実施形態は、本発明の原理を例示するものにすぎない。本発明の主旨を逸脱することなく多くの変更や適応が行えることは、当該分野の技術者にとって容易に明らかであろう。

Claims (38)

  1. 熱電装置であって、
    少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、
    少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される複数の絶縁層と
    を含み、
    前記ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を含み、
    前記ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を含む熱電装置。
  2. 複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、
    少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層と
    を含む請求項１に記載の熱電装置。
  3. 前記ｐ型層のカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物を含む請求項１の熱電装置。
  4. 前記ｐ型層のカーボンナノ粒子はホウ素を含む請求項３の熱電装置。
  5. 前記ホウ素は、約０．１重量パーセント乃至約３０重量パーセントの量で前記カーボンナノ粒子中に存在する請求項４の熱電装置。
  6. 前記複数のｎ型層の前記ｎドープカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物を含む請求項１の熱電装置。
  7. 前記ｎドープカーボンナノ粒子は窒素を含む請求項６の熱電装置。
  8. 前記窒素は、約０．１重量パーセント乃至約３０重量パーセントの量で前記ｎドープカーボンナノ粒子に存在する請求項７の熱電装置。
  9. 前記ｐ型層のカーボンナノ粒子は、ポリマーマトリックスに配置される請求項１の熱電装置。
  10. 前記ポリマーマトリックスはフッ素ポリマーを含む請求項９の熱電装置。
  11. 前記フッ素ポリマーは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又は、それらの混合物を含む請求項１０の熱電装置。
  12. 前記ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸、ポリオレフィン、又は、それらの混合物を含む請求項１の熱電装置。
  13. 前記カーボンナノ粒子は、約５重量パーセント乃至約９５重量パーセントの量で前記ポリマーマトリックス中に存在する請求項９の熱電装置。
  14. 前記カーボンナノ粒子は、約１０重量パーセント乃至約４０重量パーセントの量で前記複数のｐ型層の前記ポリマーマトリックス中に存在する請求項１の熱電装置。
  15. 前記ｐ型層は、２９０°Ｋの温度において約１０μＶ／Ｋ乃至約３５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する請求項９の熱電装置。
  16. 前記ｎ型層のｎドープカーボンナノパーティクルは、ポリマーマトリックスに配置される請求項１の熱電装置。
  17. 前記ポリマーマトリックスはフッ素ポリマーを含む請求項１の熱電装置。
  18. 前記フッ素ポリマーは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又は、それらの混合物を含む請求項１７の熱電装置。
  19. 前記複数のｎ型層の前記ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸、ポリオレフィン、又は、それらの混合物を含む請求項１６の熱電装置。
  20. 前記ｎドープカーボンナノ粒子は、約５重量パーセント乃至約９５重量パーセントの量で前記複数のｎ型層の前記ポリマーマトリックス中に存在する請求項１６の熱電装置。
  21. 前記ｎドープカーボンナノ粒子は、約１０重量パーセント乃至約４０重量パーセントの量で前記複数のｎ型層の前記ポリマーマトリックス中に存在する請求項１６の熱電装置。
  22. 前記複数のｎ型層の前記ポリマーマトリックスは、前記ｎドープカーボンナノ粒子にｎドーパントを与える請求項１６の熱電装置。
  23. 前記複数のｎ型層は、２９０°Ｋの温度において約−１０μＶ／Ｋ乃至約−３５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する請求項１６の熱電装置。
  24. 前記複数の絶縁層は、電気絶縁性のポリマー材料を含む請求項１の熱電装置。
  25. 前記電気絶縁性のポリマー材料はポリオレフィンを含む請求項２４の熱電装置。
  26. 前記複数のｐ型層の前記カーボンナノ粒子は、ｐドープ無機ナノ粒子で置換され、
    前記複数のｎ型層の前記ｎドープカーボンナノ粒子は、ｎドープ無機ナノ粒子で置換される請求項１の熱電装置。
  27. ＺＴ値が少なくとも０．５である請求項２の熱電装置。
  28. 光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを含む光熱装置であって、
    前記熱電コンポーネントは、
    少なくとも一つのｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも一つのｐ型層と、
    少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層と
    を含み、
    前記ｐ型層は複数のカーボンナノ粒子を含み、
    前記ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノ粒子を含む光熱装置。
  29. 前記熱電装置は、
    複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、
    少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層とを含む請求項２８の光熱装置。
  30. 前記複数のｐ型層のカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物を含む請求項２８の光熱装置。
  31. 前記複数のｎ型層のｎドープカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物を含む請求項３０の光熱装置。
  32. 前記複数のｐ型層のカーボンナノ粒子は、ポリマーマトリックスに配置され、
    前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノ粒子は、ポリマーマトリックスに配置される請求項２８の光熱装置。
  33. 前記光起電コンポーネントは、
    放射線透過性の第１の電極と、
    放射線透過性の第２の電極と、
    前記放射線透過性の第１の電極と前記放射線透過性の第２の電極との間に配置される少なくとも一つの感光層と
    を含む請求項２８の光熱装置。
  34. 前記少なくとも一つの感光層は、感光性有機材料、感光性無機材料、又は、それらの組み合わせを含む請求項３３の光熱装置。
  35. 前記光起電コンポーネントと前記熱電コンポーネントとの間に配置されたストークスシフト層をさらに含み、
    前記ストークスシフト層は、一以上のストークスシフト化学種を含む請求項３３の光熱装置。
  36. 前記一以上のストークスシフト化学種は、前記光起電コンポーネントを通過する電磁放射線を吸収することが可能である請求項３５の光熱装置。
  37. 前記一以上のストークスシフト化学種は染料を含む請求項３５の光熱装置。
  38. 前記一以上のストークスシフト化学種は蛍光体を含む請求項３５の光熱装置。
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