JP2022060936A - Method for manufacturing power generation element, power generation element member, power generation device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、発電素子の製造方法、発電素子用部材、発電装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a power generation element, a member for a power generation element, a power generation device, and an electronic device.
近年、熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電素子の開発が盛んに行われている。特に、電極の有する仕事関数の差分を利用した電気エネルギーの生成に関し、例えば特許文献1に開示された熱電素子等が提案されている。このような熱電素子は、電極に与える温度差を利用して電気エネルギーを生成する構成に比べて、様々な用途への利用が期待されている。
In recent years, power generation elements that generate electric energy using thermal energy have been actively developed. In particular, regarding the generation of electric energy using the difference in the work function of the electrodes, for example, a thermoelectric element disclosed in
特許文献1には、エミッタ電極層と、コレクタ電極層と、前記エミッタ電極層及び前記コレクタ電極層の表面に分散して配置され、前記エミッタ電極層及び前記コレクタ電極層をサブミクロン間隔で離間する電気絶縁性の球状ナノビーズとを備え、前記エミッタ電極層の仕事関数は前記コレクタ電極層の仕事関数よりも小さく、前記球状ナノビーズの粒子径は100nm以下である、熱電素子が開示されている。
In
ところで、特許文献1に記載の製造工程では、エミッタ電極層とコレクタ電極層とを露出した状態で、順次積層された後、金属ナノ粒子分散液が形成される。即ち、電極層の形成から金属ナノ粒子分散液が形成されるまでの間、長期間に亘って各電極層が外気に晒されながら熱電素子が製造される。このため、外気との接触に伴い電極層が酸化し、熱電子の発生量低減を引き起こす懸念がある。
By the way, in the manufacturing process described in
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、熱電子の発生量低減を抑制することができる発電素子の製造方法及び発電素子用部材を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object thereof is a method for manufacturing a power generation element and a member for a power generation element capable of suppressing a reduction in the amount of thermions generated. To provide.
第1発明における発電素子の製造方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の製造方法であって、第1方向に離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部、及び支持部により閉塞された空間を有する素子を形成する素子形成工程と、前記第1方向と交わる第2方向に沿って前記支持部及び前記電極部の少なくとも何れかを分割し、前記空間に繋がる開口部を形成する分割工程と、前記開口部を介して、前記空間内にナノ粒子を有する中間部を形成する中間部形成工程と、前記開口部に沿って封止部を形成する封止工程と、を備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a power generation element in the first invention is a method for manufacturing a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, and is separated in the first direction and closed by a pair of electrode portions and support portions having different work functions. At least one of the support portion and the electrode portion is divided along the second direction intersecting with the first direction, and the element forming step of forming the element having the space is formed to form an opening connected to the space. A division step, an intermediate portion forming step of forming an intermediate portion having nanoparticles in the space through the opening portion, and a sealing step of forming a sealing portion along the opening portion are provided. It is characterized by.
第2発明における発電素子の製造方法は、第1発明において、前記支持部は、前記空間内に形成され、前記第1方向に延在する犠牲支持部を有し、前記分割工程は、前記第2方向に沿って前記犠牲支持部の少なくとも一部を除去することで、前記開口部を形成することを特徴とする。 In the method for manufacturing a power generation element in the second invention, in the first invention, the support portion is formed in the space and has a sacrificial support portion extending in the first direction, and the division step is described in the first aspect. It is characterized in that the opening is formed by removing at least a part of the sacrificial support along two directions.
第3発明における発電素子の製造方法は、第1発明又は第2発明において、前記素子形成工程は、1つの基板上に複数の前記素子を形成することを含み、前記分割工程は、前記第2方向に沿って前記基板を分割し、複数の前記素子をそれぞれ離間させることを含むことを特徴とする。 In the first invention or the second invention, the method for manufacturing a power generation element according to a third invention includes the element forming step of forming a plurality of the elements on one substrate, and the dividing step includes the second invention. It is characterized by comprising dividing the substrate along a direction and separating a plurality of the elements from each other.
第4発明における発電素子の製造方法は、第1発明~第3発明の何れかにおいて、前記分割工程は、前記電極部を挟んで一対の前記開口部を形成することを含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a power generation element according to the fourth invention is characterized in that, in any one of the first invention to the third invention, the division step includes forming a pair of the openings with the electrode portion interposed therebetween. ..
第5発明における発電素子の製造方法は、第1発明~第4発明の何れかにおいて、前記素子形成工程で形成された素子は、前記空間内に不活性の気体を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a power generation element according to the fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the element formed in the element forming step contains an inert gas in the space.
第6発明における発電素子用部材は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の一部に用いられる発電素子用部材であって、基板と、前記基板上に設けられた複数の素子と、を備え、前記素子は、第1方向に離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部と、一対の前記電極の間を含む空間と、前記空間を囲む支持部と、を有し、前記空間は、一対の前記電極部、及び前記支持部により閉塞されることを特徴とする。 The power generation element member in the sixth invention is a power generation element member used as a part of a power generation element that converts thermal energy into electric energy, and includes a substrate and a plurality of elements provided on the substrate. The element is separated in a first direction and has a pair of electrode portions having different work functions, a space including between the pair of electrodes, and a support portion surrounding the space. , It is characterized in that it is closed by the pair of the electrode portions and the support portion.
第7発明における発電装置は、第1発明~第5発明の何れかの発電素子の製造方法によって形成された発電素子を備えることを特徴とする。 The power generation device according to the seventh invention is characterized by including a power generation element formed by the method for manufacturing a power generation element according to any one of the first to fifth inventions.
第8発明における電子機器は、第1発明~第5発明の何れかの発電素子の製造方法によって形成された発電素子と、前記発電素子を電源に用いて駆動させることが可能な電子部品と、を含むことを特徴とする。 The electronic device in the eighth invention includes a power generation element formed by the method for manufacturing a power generation element according to any one of the first to fifth inventions, an electronic component capable of driving the power generation element by using the power generation element, and the like. It is characterized by including.
第1発明~第5発明によれば、素子形成工程は、第1方向に離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部、及び支持部により閉塞された空間を有する素子を形成する。即ち、素子を形成してから空間内に中間部を形成するまでの間、電極部が外気に晒される時間が短くなる。このため、外気との接触に伴う電極部の酸化を抑制することができ、電極部の仕事関数の変動を防ぐことができる。これにより、発電素子を用いる際、熱電子の発生量低減を抑制することが可能となる。 According to the first to fifth inventions, the element forming step forms an element having a space enclosed by a pair of electrode portions having different work functions and a support portion, which are separated from each other in the first direction. That is, the time during which the electrode portion is exposed to the outside air is shortened from the formation of the element to the formation of the intermediate portion in the space. Therefore, it is possible to suppress the oxidation of the electrode portion due to the contact with the outside air, and it is possible to prevent the work function of the electrode portion from fluctuating. This makes it possible to suppress the reduction of the amount of thermions generated when the power generation element is used.
特に第2発明によれば、分割工程は、第2方向に沿って犠牲支持部の少なくとも一部を除去することで、開口部を形成する。このため、支持部又は電極部の分割に伴い開口部に作用する負荷を、犠牲支持部によって低減することができ、開口部の変形を抑制することができる。これにより、開口部の変形による中間部の形成不良を抑制し、歩留まりの向上を図ることが可能となる。 In particular, according to the second invention, the splitting step forms an opening by removing at least a portion of the sacrificial support along the second direction. Therefore, the load acting on the opening due to the division of the support or the electrode can be reduced by the sacrificial support, and the deformation of the opening can be suppressed. As a result, it is possible to suppress poor formation of the intermediate portion due to deformation of the opening portion and improve the yield.
特に第3発明によれば、分割工程は、第2方向に沿って基板を分割し、複数の素子をそれぞれ離間させる。このため、素子の分割と、中間部を形成するための開口部の形成とを、一度に実施することができる。これにより、製造工程の簡略化が可能となる。 In particular, according to the third invention, in the dividing step, the substrate is divided along the second direction, and the plurality of elements are separated from each other. Therefore, the division of the element and the formation of the opening for forming the intermediate portion can be performed at one time. This makes it possible to simplify the manufacturing process.
特に第4発明によれば、分割工程は、電極部を挟んで一対の開口部を形成する。このため、中間部を形成する際、空間の端部まで均一に形成し易くすることができる。これにより、中間部の均一性不良に伴う発電効率のバラつきを抑制することが可能となる。 In particular, according to the fourth invention, the dividing step forms a pair of openings with the electrode portion interposed therebetween. Therefore, when forming the intermediate portion, it is possible to facilitate uniform formation up to the end portion of the space. This makes it possible to suppress variations in power generation efficiency due to poor uniformity in the intermediate portion.
特に第5発明によれば、素子は、空間内に不活性の気体を含む。このため、電極部の酸化をさらに抑制することができる。これにより、発電素子を用いる際、熱電子の発生量低減をさらに抑制することが可能となる。 In particular, according to the fifth invention, the device contains an inert gas in space. Therefore, the oxidation of the electrode portion can be further suppressed. This makes it possible to further suppress the reduction in the amount of thermions generated when the power generation element is used.
特に第6発明によれば、空間は、一対の電極部、及び支持部により閉塞される。即ち、発電素子用部材を用いて発電素子を形成する際、空間内に中間部を形成するまでの間、電極部が外気に晒される時間が短くなる。このため、外気との接触に伴う電極部の酸化を抑制することができ、電極部の仕事関数の変動を防ぐことができる。これにより、発電素子を用いる際、熱電子の発生量低減を抑制することが可能となる。 In particular, according to the sixth invention, the space is closed by a pair of electrode portions and a support portion. That is, when the power generation element is formed by using the power generation element member, the time for the electrode portion to be exposed to the outside air is shortened until the intermediate portion is formed in the space. Therefore, it is possible to suppress the oxidation of the electrode portion due to the contact with the outside air, and it is possible to prevent the work function of the electrode portion from fluctuating. This makes it possible to suppress the reduction of the amount of thermions generated when the power generation element is used.
特に第7発明によれば、第1発明~第5発明の発電素子の製造方法により製造された発電素子を備える発電装置である。この発電装置によれば、熱電子の発生量低減を抑制することができる。 In particular, according to the seventh invention, it is a power generation device including the power generation element manufactured by the methods for manufacturing the power generation element of the first to fifth inventions. According to this power generation device, it is possible to suppress the reduction of the amount of thermions generated.
特に第8発明によれば、第1発明~第5発明の発電素子の製造方法により製造された発電素子と、この発電素子を電源に用いて駆動させることが可能な電子部品とを含む電子機器である。この電子機器によれば、熱電子の発生量低減を抑制することができる。 In particular, according to the eighth invention, an electronic device including a power generation element manufactured by the method for manufacturing a power generation element according to the first to fifth inventions and an electronic component capable of driving the power generation element by using the power generation element. Is. According to this electronic device, it is possible to suppress a reduction in the amount of thermions generated.
以下、本発明の実施形態としての発電素子及び発電素子の製造方法それぞれの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、高さ方向を第1方向Zとし、第1方向Zと交差、例えば直交する1つの平面方向を第2方向Yとし、第1方向Z及び第2方向Yのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第3方向Xとする。また、各図において、共通する部分については、共通する参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an example of each of the power generation element and the method for manufacturing the power generation element as an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the height direction is defined as the first direction Z and intersects with the first direction Z, for example, one orthogonal plane direction is defined as the second direction Y and intersects with each of the first direction Z and the second direction Y. For example, another plane direction orthogonal to each other is referred to as a third direction X. Further, in each figure, common reference numerals are given to common parts, and duplicate explanations are omitted.
(第1実施形態)
<発電装置200>
図1は、第1実施形態における発電装置200、及び発電素子2の一例を示す模式図である。図1(a)に示すように、発電装置200は、発電素子2と、第1配線201と、第2配線202とを含む。発電素子2は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような発電素子2を備えた発電装置200は、例えば、図示しない熱源に搭載又は設置され、熱源の熱エネルギーを元として、発電素子2が発生させた電気エネルギーを、第1配線201及び第2配線202を介して負荷Rへ出力する。負荷Rの一端は第1配線201と電気的に接続され、他端は第2配線202と電気的に接続される。負荷Rは、例えば電気的な機器を示している。負荷Rは、発電装置200を主電源又は補助電源に用いて駆動される。
(First Embodiment)
<
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a
発電素子2の熱源としては、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の電子デバイス又は電子部品、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子、自動車等のエンジン、工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等を利用することができる。例えば、電子デバイス、電子部品、発光素子、エンジン、及び生産設備等は人工熱源である。人体、太陽光、及び環境温度等は自然熱源である。発電素子2を備えた発電装置200は、例えばIoT(Internet of Things)デバイス及びウェアラブル機器等のモバイル機器や自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池の代替又は補助として用いることができる。さらに、発電装置200は、太陽光発電等のような、より大型の発電装置への応用も可能である。
Examples of the heat source of the
<発電素子2>
発電素子2は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。発電素子2は、発電装置200内に設けるだけでなく、発電素子2自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、発電素子2自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となる。
<
The
発電素子2は、素子1と基板18とを備える。素子1は、第1電極部11と、第2電極部12と、支持部13と、中間部14とを有する。
The
<第1電極部11、第2電極部12>
第1電極部11及び第2電極部12は、第1方向Zに離間して設けられ、それぞれ異なる仕事関数を有する。第1電極部11及び第2電極部12の材料としては、導電性を有する金属材料を選ぶことができる。金属材料としては、例えば鉄、アルミニウム、銅、又はアルミニウムと銅との合金等を挙げることができる。また、第1電極部11及び第2電極部12の材料としては、例えばSi、GaN等の導電性を有する半導体の他、導電性高分子材料を用いてもよい。第1電極部11及び第2電極部12の形状は、正方形、長方形、その他、円盤状であってもよい。
<
The
第1電極部11は、例えば支持部13に挿通された図示しない配線及び第1端子211を介して第1配線201と電気的に接続される。第2電極部12は、例えば図示しない基板18に挿通された配線及び第2端子212を介して第2配線202と電気的に接続される。なお、第1端子211及び第2端子212は、省略してもよい。また、第1端子211及び第2端子212の配置箇所、図示しない配線の配置箇所等は、任意である。
The
発電素子2では、仕事関数差を有する第1電極部11と第2電極部12との間に発生する、絶対温度による電子放出現象が利用できる。このため、発電素子2は、第1電極部11と第2電極部12との温度差が小さい場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる。さらに、発電素子2は、第1電極部11と第2電極部12との間に温度差がない場合、又は単一の熱源を用いる場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。
In the
第1電極部11の材料、及び第2電極部12の材料は、例えば、以下に示す金属から選ぶことができる。
白金(Pt)
タングステン(W)
アルミニウム(Al)
チタン(Ti)
ニオブ(Nb)
モリブデン(Mo)
タンタル(Ta)
レニウム(Re)
発電素子2では、第1電極部11と第2電極部12との間に仕事関数差が生じればよい。したがって、第1電極部11及び第2電極部12の材料には、上記以外の金属を選ぶことが可能である。第1電極部11及び第2電極部12の材料として、金属のほか、合金、金属間化合物、及び金属化合物を選ぶことも可能である。金属化合物は、金属元素と非金属元素とが化合したものである。このような金属化合物の例としては、例えば六ホウ化ランタン(LaB6)を挙げることができる。
The material of the
Platinum (Pt)
Tungsten (W)
Aluminum (Al)
Titanium (Ti)
Niobium (Nb)
Molybdenum (Mo)
Tantalum (Ta)
Rhenium (Re)
In the
<支持部13>
支持部13は、板状部材(基板)13aと、板状部材13aから基板18側に延びる外周部13bとを有する。支持部13は、図1(a)に示すように断面コ字状に形成される。
<Support
The
板状部材13aは、基板18と対をなし、第1電極部11を固定する部分であり、薄板状の部材であるが、例えばフレキシブルなフィルム状でもよい。板状部材13aを、フレキシブルなフィルム状とする場合には、例えばPET(polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、及びポリイミド等を用いることができる。
The plate-shaped
板状部材13aの第1方向Zに沿った厚さは、例えば10μm以上2mm以下である。板状部材13aの材料としては、絶縁性を有する板状の材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、パイレックス(登録商標)等のガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。
The thickness of the plate-shaped
また、板状部材13aは半導体であり、縮退部あるいは、非縮退部を有してもよい。このような構成によれば、第1電極部11等と配線等の他の構成との接触抵抗を低減させることができる。これにより、発電素子2全体の抵抗の増加を抑制することが可能となる。なお、板状部材13aは、絶縁性の材料、半導体材料、金属材料が混合された構成であってもよい。
Further, the plate-shaped
外周部13bは、例えば図1(b)に示すように、各電極部11、12及び中間部14を囲む。外周部13bは、第1電極部11及び第2電極部12と離間して配置されているが、接していてもよい。
The outer
外周部13bは、板状部材13aと一体に設けられてもよいし、別々に設けられてもよい。一体に設ける場合、外周部13bの材料は、板状部材13aと同じ材料となる。別々に設ける場合、外周部13bの材料の例としては、シリコン酸化物、及びポリマー等を挙げることができる。ポリマーの例としては、ポリイミド、PMMA(Polymethyl methacrylate)、及びポリスチレン等を挙げることができる。
The outer
なお、外周部13bは、板状部材13aの一部が酸化したものであってもよい。具体的には、シリコンより構成された板状部材13aを酸化させて形成されたシリコン酸化膜の一部を外周部13bとしてもよい。この場合、新たに外周部13bを形成する場合に比べて、外周部13bの高さを高精度に制御することができ、電極間ギャップGの大きさを高精度に設定することができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
The outer
<中間部14>
図2は、中間部14の一例を示す模式断面図である。図2に示すように、中間部14は、第1電極部11、第2電極部12、及び支持部13に囲まれた空間16に設けられる。中間部14は、ナノ粒子141を含む。中間部14は、例えば支持部13と、封止部17とにより発電素子2内に保持される。
<
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the
第1電極部11と第2電極部12との間には、第1方向Zに沿って電極間ギャップGが設定される。発電素子2では、電極間ギャップGは、外周部13bの第1方向Zに沿った厚さによって設定される。電極間ギャップGの幅の一例は、例えば、10μm以下の有限値である。電極間ギャップGの幅は狭いほど、発電素子2の発電効率が向上する。また、電極間ギャップGの幅は狭いほど、発電素子2の第1方向Zに沿った厚さを薄くできる。このため、例えば、電極間ギャップGの幅は狭い方がよい。電極間ギャップGの幅は、例えば、10nm以上100nm以下であることがより好ましい。なお、電極間ギャップGの幅と、外周部13bの、第1方向Zに沿った厚さとは、ほぼ等価である。
An inter-electrode gap G is set between the
中間部14は、例えば、複数のナノ粒子141と、溶媒142と、を含む。複数のナノ粒子141は、溶媒142内に分散されている。中間部14は、例えば、ナノ粒子141が分散された溶媒142を、ギャップ部140内に充填することで得られる。ナノ粒子141の粒子径は、電極間ギャップGよりも小さい。ナノ粒子141の粒子径は、例えば、電極間ギャップGの1/10以下の有限値とされる。ナノ粒子141の粒子径を、電極間ギャップGの1/10以下とすると、ギャップ部140内に、ナノ粒子141を含む中間部14を形成しやすくなる。これにより、発電素子2の生産に際し、作業性が向上する。
The
ナノ粒子141は、例えば導電物を含む。ナノ粒子141の仕事関数の値は、例えば、第1電極部11の仕事関数の値と、第2電極部12の仕事関数の値との間にあってもよいが、第1電極部11の仕事関数の値と第2電極部12の仕事関数の値の間以外であってもよい。ナノ粒子141の仕事関数の値は、例えば3.0eV以上5.5eV以下の範囲とされる。これにより、中間部14内にナノ粒子141がない場合に比較して、電気エネルギーの発生量を、さらに増加させることが可能となる。なお、ナノ粒子141の仕事関数の値は、例えば3.0eV以上5.5eV以下の範囲以外の値であってもよい。
The
ナノ粒子141の材料の例としては、金及び銀の少なくとも1つを選ぶことができるが、金及び銀以外の導電性材料を選ぶことも可能である。
As an example of the material of the
ナノ粒子141の粒子径は、例えば、2nm以上10nm以下である。また、ナノ粒子141は、例えば、平均粒径(例えばD50)3nm以上8nm以下の粒子径を有してもよい。平均粒径は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布計測器(例えばMicrotracBEL製Nanotrac WaveII-EX150等)を用いればよい。
The particle size of the
ナノ粒子141は、その表面に、例えば絶縁膜141aを有する。絶縁膜141aの材料の例としては、絶縁性金属化合物及び絶縁性有機化合物の少なくとも1つを選ぶことができる。絶縁性金属化合物の例としては、例えば、シリコン酸化物及びアルミナ等を挙げることができる。絶縁性有機化合物の例としては、アルカンチオール(例えばドデカンチオール)等を挙げることができる。絶縁膜141aの厚さは、例えば20nm以下の有限値である。このような絶縁膜141aをナノ粒子141の表面に設けておくと、電子eは、例えば、第1電極部11とナノ粒子141との間、並びにナノ粒子141と第2電極部12との間を、トンネル効果を利用して移動できる。このため、例えば、発電素子2の発電効率の向上が期待できる。
The
溶媒142には、例えば、沸点が100℃以上の液体を用いることができる。このため、室温(例えば15℃~35℃)以上の環境下において、発電素子2を用いた場合であっても、溶媒142の気化を抑制することができる。これにより、溶媒142の気化に伴う発電素子2の劣化を抑制することができる。液体の例としては、有機溶媒及び水の少なくとも1つを選ぶことができる。有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、テトラデカン、及びアルカンチオール等を挙げることができる。なお、溶媒142は、電気的抵抗値が高く、絶縁性である液体がよい。
As the solvent 142, for example, a liquid having a boiling point of 100 ° C. or higher can be used. Therefore, it is possible to suppress the vaporization of the solvent 142 even when the
なお、中間部14は、溶媒142を含まず、ナノ粒子141のみを含むようにしてもよい。中間部14が、ナノ粒子141のみを含むことで、例えば、発電素子2を、高温環境下で用いる場合であっても、溶媒142の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温環境下における発電素子2の劣化を抑制することが可能となる。
The
<封止部17>
封止部17は、図1(b)に示すように、素子1の開口部15を封止し、中間部14を密閉する。封止部17の材料として、例えば絶縁性樹脂が用いられ、絶縁性樹脂の例としては、フッ素系絶縁性樹脂を挙げることができる。中間部14が設けられた空間16は、例えば第1電極部11、第2電極部12、支持部13、及び封止部17により閉塞される。
<Sealing
As shown in FIG. 1B, the sealing
<基板18>
基板18は、板状部材13aと対をなし、第2電極部12を固定する部分である。基板18は、薄板状の部材であるが、例えばフレキシブルなフィルム状でもよい。例えば、基板18を、フレキシブルなフィルム状とする場合には、例えばPET(polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、及びポリイミド等を用いることができる。
<
The
基板18の第1方向Zに沿った厚さは、例えば10μm以上2mm以下である。基板18の材料としては、絶縁性を有する板状の材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、パイレックス(登録商標)等のガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。
The thickness of the
また、基板18は半導体であり、縮退部あるいは、非縮退部を有してもよい。このような構成によれば、第2電極部12等と配線等の他の構成との接触抵抗を低減させることができる。これにより、発電素子2全体の抵抗の増加を抑制することが可能となる。なお、基板18は、絶縁性の材料、半導体材料、金属材料が混合された構成であってもよい。
Further, the
<発電素子2の動作>
熱エネルギーが発電素子2に与えられると、第1電極部11と第2電極部12との間に電流が発生し、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。第1電極部11と第2電極部12との間に発生する電流量は、熱エネルギーに依存する他、第1電極部11の仕事関数と、第2電極部12の仕事関数との差に依存する。なお、発生する電流量は、例えば、第1電極部11と第2電極部12との仕事関数差を大きくすることにより増加させることができる。
<Operation of
When thermal energy is applied to the
<<発電素子2の製造方法>>
次に、発電素子2の製造方法の一例を説明する。図3は、第1実施形態における発電素子2の製造方法の一例を示すフローチャートである。図4(a)~図4(d)は、第1実施形態における発電素子2の製造方法の一例を示す模式断面図である。
<< Manufacturing method of
Next, an example of a method for manufacturing the
<素子形成工程:S110>
先ず、第1方向Zに離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部11、12、及び支持部13により閉塞された空間16を有する素子1を形成する(素子形成工程S110)。素子形成工程S110では、例えば図4(a)に示すように、第1電極部11が形成された板状部材13aを、第2電極部12が形成された基板18の上に、外周部13bを介して積層する。積層の際には、基板18の上面と支持部13(外周部13b)との下面とを接合する。このとき、一対の電極部11、12、及び支持部13により閉塞された空間16が形成される。
<Element forming process: S110>
First, an
素子形成工程S110では、例えば熱圧着接合法により支持部13と基板18を当接させて加熱することで、支持部13と基板18を接合する。この場合、第1電極部11と第2電極部12との電極間ギャップG(図2参照)は、外周部13bの厚さに依存する。
In the element forming step S110, the
素子形成工程S110は、例えば空間16に不活性の気体を充填した状態で、素子1を形成してもよい。この場合、素子1は、空間16内に不活性の気体を含む。不活性の気体とは、化学反応に対して不活性な気体であればよく、例えば窒素、ヘリウム、ネオン及びアルゴン等が挙げられる。
In the element forming step S110, for example, the
<分割工程:S120>
次に、第1方向Zと交わる第2方向Yに沿って支持部13及び電極部11、12の少なくとも何れかを分割し、空間16に繋がる開口部15を形成する(分割工程S120)。分割工程S120では、例えば図4(b)に示すように、支持部13及び電極部11、12の幅方向(図中第3方向X)における略中央部分で第2方向Yに沿って素子1を分割して素子1a、1bを形成する。形成された素子1a、1bには、それぞれ開口部15が形成される。
<Division process: S120>
Next, at least one of the
なお、支持部13及び電極部11、12を分割する位置は、必ずしも支持部13及び基板18の中央部に限定されず、素子1a、1bの大きさを考慮して適宜設定すればよい。
The position for dividing the
<中間部形成工程:S130>
次に、開口部15を介して、空間16内にナノ粒子141を有する中間部14を形成する(中間部形成工程S130)。中間部形成工程S130では、例えば図4(c)に示すように、素子1a、1bそれぞれの空間16内にナノ粒子141を注入する。具体的には、素子1を中間部14の原液に浸し、毛細管現象(毛細管力)によって、中間部14を形成してもよい。
<Intermediate part forming step: S130>
Next, the
<封止工程:S140>
次に、開口部15に沿って封止部17を形成する(封止工程S140)。封止工程S140により、例えば図4(d)に示すように、開口部15を封止部17が覆うことで、空間16内から中間部14が流出することが防止される。
<Sealing process: S140>
Next, the sealing
以上、各工程S110~S140の処理を行うことにより、発電素子2が形成される。なお、上述した各工程S110~S140の処理を複数回実施してもよい。
As described above, the
例えば、このように形成された発電素子2に、図1(a)で示した各配線201、202の接続等を実施することで、発電装置200が形成される。
For example, the
本実施形態によれば、素子形成工程S110は、第1方向Zに離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部11、12、及び支持部13により閉塞された空間16を有する素子1を形成する。即ち、素子1を形成してから空間16内に中間部14を形成するまでの間、電極部11、12が外気に晒される時間が短くなる。このため、外気との接触に伴う電極部11、12部の酸化を抑制することができ、電極部11、12の仕事関数の変動を防ぐことができる。これにより、発電素子2を用いる際、熱電子の発生量低減を抑制することが可能となる。
According to the present embodiment, the element forming step S110 forms an
また、本実施形態によれば、素子1は、空間16内に不活性の気体を含む。このため、電極部11、12の酸化をさらに抑制することができる。これにより、発電素子2を用いる際、熱電子の発生量低減をさらに抑制することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態における発電素子2、発電装置200について説明する。上述した第1実施形態との違いは、支持部13が犠牲支持部13cを有している点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第1実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the
図5(a)及び図5(b)は、第2実施形態における素子20の一例を示す模式図である。図5(a)は、素子20の一例を示す模式断面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるB-B線に沿った模式断面図である。
5 (a) and 5 (b) are schematic views showing an example of the
犠牲支持部13cは、空間16内に形成され、第1方向Zに延在する。犠牲支持部13cは、例えば第2方向Yに延在する均一な直線状の棒状部材である。犠牲支持部13cは、例えば第3方向Xにおいて、空間16内のほぼ中央部分に位置する。犠牲支持部13cは、第1方向Zにおいて外周部13bとほぼ同じ高さであり、基板18に接している。また、犠牲支持部13cの両端は、外周部13bに接している。なお、犠牲支持部13cと外周部13bとの間には、隙間があってもよい。
The
犠牲支持部13cは、分割工程S120において素子20を分割するとき、素子20の上下方向(第1方向Z)における変形を防止することができるのであれば、如何なる形状、大きさであってもよい。例えば、犠牲支持部13cは2以上に分割された部材により構成されてもよい。また、犠牲支持部13cは直線以外の形状であってもよい。ただし、支持部13の分割の工程を考慮すると、犠牲支持部13cは直線状であることが望ましい。
The
また、犠牲支持部13cは、板状部材13aと一体形成されていてもよく、別体で形成されてもよい。犠牲支持部13cが板状部材13aと一体形成されている方が、支持部13全体の強度を高めることができる。
Further, the
図5(c)及び図5(d)は、素子20を分割した後の状態を示す図である。図5(c)は、素子20を分割した後の状態を示す模式図であり、図5(d)は、図5(c)におけるC-C線に沿った模式断面図である。素子20は、第2方向Yにおいて、犠牲支持部13cに沿ってダイシングすることにより分割される。素子20を分割する際には、犠牲支持部13cを残さないように支持部13を分割する。なお、ダイシングの手法は、ダイシングブレードを用いた工法の他、プラズマによるダイシング、薬液によるダイシング等を用いてもよい。
5 (c) and 5 (d) are views showing a state after the
分割後の各素子20a、20bには、それぞれ開口部15が形成される。分割の際には、第1方向Zにおいて、空間16を圧縮する方向(上下方向)に切断力が付与される。空間を圧縮する方向に切断力が付与された場合であっても、犠牲支持部13cが上下方向における変形を防止することができるため、素子20a、20bに形成された開口部15の第1方向Zの高さは、分割前の空間16高さとほぼ一致する。
An
本実施形態によれば、分割工程(S120)は、第2方向Yに沿って犠牲支持部13cを除去することで、開口部15を形成する。このため、支持部13又は電極部11、12の分割に伴い開口部15に作用する負荷を、犠牲支持部13cによって低減することができ、開口部15の変形を抑制することができる。これにより、開口部15の変形による中間部14の形成不良を抑制し、歩留まりの向上を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, the division step (S120) forms the
(第2実施形態の変形例)
次に、第2実施形態における発電素子2、発電装置200の変形例について説明する。変形例では、支持部13が犠牲支持部13cの代わりに、第1の犠牲支持部13dと第2の犠牲支持部13eを有している点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第2実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Modified example of the second embodiment)
Next, a modification of the
図6(a)~図6(d)は、第2実施形態における素子20の変形例を示す模式図である。図6(a)は、素子21を示す模式断面図であり、図6(b)は、図6(a)におけるD-D線に沿った模式断面図である。図6(c)は、素子21を分割した後の状態を示す図であり、図6(d)は、図6(c)におけるE-E線に沿った模式断面図である。
6 (a) to 6 (d) are schematic views showing a modified example of the
支持部13は、犠牲支持部13cとほぼ同じ幅を有する第1の犠牲支持部13dと、第1の犠牲支持部13dよりも幅が広い第2の犠牲支持部13eを有する。第1の犠牲支持部13dは、第2方向Yにおいて、第2の犠牲支持部13eの両側に位置する。第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eは、第3方向Xにおいて、空間16内のほぼ中央部分に位置する。第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eは、第1方向Zに延在し、第1方向Zにおいて外周部13bとほぼ同じ高さに形成され、基板18に接している。第1の犠牲支持部13dは、外周部13bに接している。なお、第1の犠牲支持部13dと外周部13bとの間には、隙間があってもよい。
The
第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eは、素子20の上下方向(第1方向Z)における変形を防止することができるのであれば、如何なる形状、大きさであってもよい。また、第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eは、板状部材13aと一体形成されていてもよく、別体で形成されてもよい。犠牲支持部13cが板状部材13aと一体形成されている方が、支持部13全体の強度を高めることができる。
The first
素子21は、第2方向Yにおいて、第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eに沿ってダイシングすることにより分割される。素子21を分割する際には、第1の犠牲支持部13dを残さないようにするとともに、第2の犠牲支持部13eの少なくとも一部が残るよう支持部13及び電極部11、12の少なくともいずれかを分割する。
The
分割後の各素子21a、21bには、第2方向Yにおける第2の犠牲支持部13eの両側に開口部15が形成される。即ち、第2の犠牲支持部13eと外周部13bとの間に開口部15が形成される。分割の際には、第1方向Zにおいて、空間16を圧縮する方向(上下方向)に切断力が付与される。切断後には各素子21a、21bには第2の犠牲支持部13eの一部が残されているため、素子21の分割の前後において開口部15の第1方向Zの高さは維持される。
In each of the divided
本実施形態によれば、分割工程(S120)は、第2方向Yに沿って第1の犠牲支持部13dを除去するとともに第2の犠牲支持部13eの一部を残すことで、開口部15を形成する。このため、支持部13又は電極部11、12の分割に伴い開口部15に作用する負荷を、第1の犠牲支持部13d及び第2の犠牲支持部13eによって低減することができ、開口部15の変形を抑制することができる。これにより、開口部15の変形による中間部14の形成不良を抑制し、歩留まりの向上を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, the dividing step (S120) removes the first
(第3実施形態)
次に、第3実施形態における発電素子2、発電素子用部材100、発電装置200について説明する。上述した第1実施形態との違いは、発電素子用部材100が複数の素子30を有する点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第1実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Third Embodiment)
Next, the
図7(a)は、第3実施形態における発電素子用部材100の一例を示す模式断面図である。図7(a)に示すように、発電素子用部材100は、基板18と、基板18上に複数の素子30(30a、30b、30c)を備える。ここでは、発電素子用部材100が3つの素子30a、30b、30cを有する例を示す。なお、基板18上に設けられる素子の個数は、第2方向Yあるいは第3方向Xそれぞれの方向において4以上であってもよい。
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing an example of the power
各素子30は、第1方向Zにおいて離間し、それぞれ仕事関数の異なる第1電極部11及び第2電極部12と、一対の電極部11、12の間を含む空間16と、空間16を囲む支持部13とを有する。空間16は、一対の電極部11、12及び支持部13により閉塞される。外周部13bは、第1方向Zにおいて板状部材13aと基板18に接して配置される。外周部13bは、第3方向Xにおいて第1電極部11間及び第2電極部12と離間して配置される。各素子30は、それぞれ外周部13bを有してもよく、隣接する素子30が外周部13bを共有してもよい。
The
図7(b)は、第3実施形態における素子30の一例を示す模式断面図である。図7(b)に示すように、素子30及び基板18は、素子30同士の境界である外周部13bにおいて第2方向Yに沿って分割され、素子30は複数の素子30a、素子30b、素子30cに離間する。分割後の素子30aには、一端側に開口部15が形成される。分割後の素子30bには、両端において一対の開口部15a、15bが形成される。分割後の素子30cには、一端側に開口部15が形成される。
FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing an example of the
なお、第3実施形態において、外周部13b同士の間に第1の犠牲支持部13dと第2の犠牲支持部13eが設けられてもよい。
In the third embodiment, the first
本実施形態によれば、分割工程は第2方向Yに沿って基板18を分割し、複数の素子30(30a、30b、30c)をそれぞれ離間させる。このため、素子30の分割と、中間部14を形成するための開口部15の形成とを一度に実施することができる。これにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
According to the present embodiment, in the dividing step, the
また、分割工程は、電極部11、12を挟んで一対の開口部15a、15bを形成する。このため、中間部14を形成する際、空間16の端部まで均一に形成し易くすることができる。これにより、中間部14の均一性不良に伴う発電効率のバラつきを抑制することが可能となる。
Further, in the dividing step, a pair of
(第3実施形態の第1変形例)
次に、第3実施形態の第1変形例における発電素子2、発電素子用部材101、発電装置200について説明する。第1変形例では、外周部23bが第1方向Zにおいて電極部11、12間に配置される点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第1実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
(First modification of the third embodiment)
Next, the
図8(a)は、第3実施形態における発電素子用部材100の第1変形例を示す模式断面図である。図8(a)に示すように、発電素子用部材101は、基板18と、基板18上に複数の素子31(31a、31b、31c)を備える。ここでは、一例として、3つの素子31a、31b、31cが形成される例を示す。なお、基板18上に設けられる素子31の個数は、第2方向Yあるいは第3方向Xそれぞれの方向において4以上であってもよい。
FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the power
各素子31は、第1電極部11と、第2電極部12と、外周部23bを有する。第1電極部11と、第2電極部12、及び外周部23bにより空間16が閉塞される。外周部23bは、第1方向Zにおいて第1電極部11と第2電極部12との間に配置される。各素子31は、それぞれ外周部23bを有してもよく、隣接する素子31が外周部23bを共有してもよい。
Each
図8(b)は、第3実施形態における素子31の第1変形例を示す模式断面図である。図8(b)に示すように、素子31及び基板18は、素子31同士の境界である外周部23bにおいて第2方向Yに沿って分割される。分割後の素子31aには、一端側に開口部15が形成される。分割後の素子31bには、両端において一対の開口部15a、15bが形成される。分割後の素子31cには、一端側に開口部15が形成される。
FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing a first modification of the
両端に開口部15(15a、15b)が形成された素子31bが得られることにより、例えば開口部15a側から開口部15b側に向けて空間16内にナノ粒子141を流入することにより、電極部11、12から異物を除去することができる。
By obtaining the
<<発電素子用部材101の製造方法(第3実施形態の第1変形例)>>
次に、第3実施形態の第1変形例における発電素子用部材101の製造方法の一例を説明する。図9は、第3実施形態における発電素子用部材100の製造方法の第1変形例を示すフローチャートである。図10(a)~図10(c)は、第3実施形態における発電素子用部材100の製造方法の第1変形例を示す模式断面図である。
<< Manufacturing method of
Next, an example of a method for manufacturing the power
<複合体形成工程:S210>
先ず、基板18上に第2電極部12を配置し、第1複合体51を形成する(複合体形成工程S210)。複合体形成工程S210では、例えば図10(a)に示すように、基板18の上面と第2電極部12との下面とを接合する。
<Complex formation step: S210>
First, the
<外周部形成工程:S220>
次に、第2電極部12に外周部23bを形成する(外周部形成工程S220)。外周部形成工程S220では、図10(b)に示すように、一例として外周部23bが4箇所配置されている。
<Outer peripheral part forming step: S220>
Next, the outer
<空間形成工程:S230>
次に、外周部23b上に、第1電極部11と板状部材13aから構成される第2複合体52を、第1電極部11が第2電極部12と対向するように配置して空間16を形成する(空間形成工程S230)。空間形成工程S230では、図10(c)に示すように、第1電極部11と第2電極部12、外周部23bにより空間16が閉塞される。
<Space formation process: S230>
Next, a second complex 52 composed of the
以上、各工程S210~S230の処理を行うことにより、第3実施形態の第1変形例における発電素子用部材101が形成される。なお、上述した各工程S210~S230の処理を複数回実施してもよい。
As described above, by performing the processes of each step S210 to S230, the power
本実施形態によれば、第2電極部12と基板18から構成される第1複合体51と、第1電極部11と板状部材13aから構成される第2複合体52とにより外周部23bを挟む。これにより、簡易な構成で、素子31を形成することができる。なお、一対の第1複合体51により外周部23bを挟むことにより、更に簡易な構成で素子31を形成することができる。
According to the present embodiment, the outer
(第3実施形態の第2変形例)
次に、第3実施形態の第2変形例における発電素子用部材102、発電装置200について説明する。上述した第3実施形態との違いは、第2変形例では、発電素子用部材102に封止部材60が挿入される点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第3実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
(Second variant of the third embodiment)
Next, the power
図11(a)は、第3実施形態における発電素子用部材100の第2変形例を示す模式断面図である。図11(a)に示すように、発電素子用部材102は、3つの素子32(32a、32b、32c)を有し、素子32aと素子32cの一方側、素子32bの両側には、開口部15が形成される。素子32aと素子32bとの間、素子32bと素子32cとの間には、開口部15を封止するように封止部材60が配置されている。なお、素子32aと素子32bとの間には、封止部材60に加え外周部23bが配置されている。
FIG. 11A is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the power
図11(b)は、第3実施形態における素子32の第2変形例を示す模式断面図である。図11(b)に示すように、素子32及び基板18は、封止部材60が配置されている位置で第2方向Yに沿って分割される。分割後の素子32aには、一端側に開口部15が形成される。分割後の素子32bには、両端において一対の開口部15a、15bが形成される。分割後の素子32cには、一端側に開口部15が形成される。
FIG. 11B is a schematic cross-sectional view showing a second modification of the element 32 in the third embodiment. As shown in FIG. 11B, the element 32 and the
(第4実施形態)
次に、第4実施形態における発電素子2、発電素子用部材103、発電装置200について説明する。図12(a)及び図12(b)は、第4実施形態における発電素子用部材103、及び発電素子2の一例を示す模式図である。図12(a)に示すように、発電素子用部材103は、上下方向(第1方向Z)から一対の保護部材70により覆われてもよい。なお、図12(a)において、基板等の図示は省略する。保護部材70は、例えばプラスチック等の樹脂部材により形成された梱包材であればよい。発電素子2が保護部材70により覆われることで、搬送時に保護部材70が衝撃を吸収し、発電素子2が損傷することを防止することができる。
(Fourth Embodiment)
Next, the
また、図12(b)に示すように、発電素子用部材103は、格子状に形成された外周部23c(支持部)と、外周部23cを挟むように設けられた図示しない一対の電極部と、外周部23c及び一対の電極部を上下方向(第1方向Z)から挟む一対の基板18aにより構成されてもよい。
Further, as shown in FIG. 12B, the power
(第5実施形態:電子機器500)
<電子機器500>
上述した発電素子2及び発電装置200は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。
(Fifth Embodiment: electronic device 500)
<
The
図13(a)~図13(d)は、発電素子2を備えた電子機器500の例を示す模式ブロック図である。図13(e)~図13(h)は、発電素子2を含む発電装置200を備えた電子機器500の例を示す模式ブロック図である。
13 (a) to 13 (d) are schematic block diagrams showing an example of an
図13(a)に示すように、電子機器500(エレクトリックプロダクト)は、電子部品501(エレクトロニックコンポーネント)と、主電源502と、補助電源503と、を備えている。電子機器500及び電子部品501のそれぞれは、電気的な機器(エレクトリカルデバイス)である。
As shown in FIG. 13A, the electronic device 500 (electric product) includes an electronic component 501 (electronic component), a
電子部品501は、主電源502を電源に用いて駆動される。電子部品501の例としては、例えば、CPU、モーター、センサ端末、及び照明等を挙げることができる。電子部品501が、例えばCPUである場合、電子機器500には、内蔵されたマスター(CPU)によって制御可能な電子機器が含まれる。電子部品501が、例えば、モーター、センサ端末、及び照明等の少なくとも1つを含む場合、電子機器500には、外部にあるマスター、あるいは人によって制御可能な電子機器が含まれる。
The
主電源502は、例えば電池である。電池には、充電可能な電池も含まれる。主電源502のプラス端子(+)は、電子部品501のVcc端子(Vcc)と電気的に接続される。主電源502のマイナス端子(-)は、電子部品501のGND端子(GND)と電気的に接続される。
The
補助電源503は、発電素子2である。発電素子2は、上述した発電素子2の少なくとも1つを含む。発電素子2のアノード(例えば第1電極部11)は、電子部品501のGND端子(GND)、又は主電源502のマイナス端子(-)、又はGND端子(GND)とマイナス端子(-)とを接続する配線と、電気的に接続される。発電素子2のカソード(例えば第2電極部12)は、電子部品501のVcc端子(Vcc)、又は主電源502のプラス端子(+)、又はVcc端子(Vcc)とプラス端子(+)とを接続する配線と、電気的に接続される。電子機器500において、補助電源503は、例えば主電源502と併用され、主電源502をアシストするための電源や、主電源502の容量が切れた場合、主電源502をバックアップするための電源として使うことができる。主電源502が充電可能な電池である場合には、補助電源503は、さらに、電池を充電するための電源としても使うことができる。
The
図13(b)に示すように、主電源502は、発電素子2とされてもよい。発電素子2のアノードは、電子部品501のGND端子(GND)と電気的に接続される。発電素子2のカソードは、電子部品501のVcc端子(Vcc)と電気的に接続される。図13(b)に示す電子機器500は、主電源502として使用される発電素子2と、発電素子2を用いて駆動されることが可能な電子部品501と、を備えている。発電素子2は、独立した電源(例えばオフグリッド電源)である。このため、電子機器500は、例えば自立型(スタンドアローン型)にできる。しかも、発電素子2は、環境発電型(エナジーハーベスト型)である。図13(b)に示す電子機器500は、電池の交換が不要である。
As shown in FIG. 13B, the
図13(c)に示すように、電子部品501が発電素子2を備えていてもよい。発電素子2のアノードは、例えば、回路基板(図示は省略する)のGND配線と電気的に接続される。発電素子2のカソードは、例えば、回路基板(図示は省略する)のVcc配線と電気的に接続される。この場合、発電素子2は、電子部品501の、例えば補助電源503として使うことができる。
As shown in FIG. 13 (c), the
図13(d)に示すように、電子部品501が発電素子2を備えている場合、発電素子2は、電子部品501の、例えば主電源502として使うことができる。
As shown in FIG. 13D, when the
図13(e)~図13(h)のそれぞれに示すように、電子機器500は、発電装置200を備えていてもよい。発電装置200は、電気エネルギーの源として発電素子2を含む。
As shown in each of FIGS. 13 (e) to 13 (h), the
図13(d)に示した実施形態は、電子部品501が主電源502として使用される発電素子2を備えている。同様に、図13(h)に示した実施形態は、電子部品501が主電源として使用される発電装置200を備えている。これらの実施形態では、電子部品501が、独立した電源を持つ。このため、電子部品501を、例えば自立型とすることができる。自立型の電子部品501は、例えば、複数の電子部品を含み、かつ、少なくとも1つの電子部品が別の電子部品と離れているような電子機器に有効に用いることができる。そのような電子機器500の例は、センサである。センサは、センサ端末(スレーブ)と、センサ端末から離れたコントローラ(マスター)と、を備えている。センサ端末及びコントローラのそれぞれは、電子部品501である。センサ端末が、発電素子2又は発電装置200を備えていれば、自立型のセンサ端末となり、有線での電力供給の必要がない。発電素子2又は発電装置200は環境発電型であるので、電池の交換も不要である。センサ端末は、電子機器500の1つと見なすこともできる。電子機器500と見なされるセンサ端末には、センサのセンサ端末に加えて、例えば、IoTワイヤレスタグ等が、さらに含まれる。
The embodiment shown in FIG. 13D includes a
図13(a)~図13(h)のそれぞれに示した実施形態において共通することは、電子機器500は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子2と、発電素子2を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品501と、を含むことである。
What is common to the embodiments shown in FIGS. 13 (a) to 13 (h) is that the
電子機器500は、独立した電源を備えた自律型(オートノマス型)であってもよい。自律型の電子機器の例は、例えばロボット等を挙げることができる。さらに、発電素子2又は発電装置200を備えた電子部品501は、独立した電源を備えた自律型であってもよい。自律型の電子部品の例は、例えば可動センサ端末等を挙げることができる。
The
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1 :素子
1a :素子
1b :素子
2 :発電素子
11 :第1電極部
12 :第2電極部
13 :支持部
13a :板状部材
13b :外周部
13c :犠牲支持部
14 :中間部
140 :ギャップ部
141 :ナノ粒子
141a :絶縁膜
142 :溶媒
15 :開口部
15a :開口部
15b :開口部
16 :空間
17 :封止部
18 :基板
18a :基板
20 :素子
23b :外周部
23c :外周部
30 :素子
100 :発電素子用部材
200 :発電装置
201 :第1配線
202 :第2配線
211 :第1端子
212 :第2端子
500 :電子機器
G :ギャップ
R :負荷
S110 :素子形成工程
S120 :分割工程
S130 :中間部形成工程
S140 :封止工程
Z :第1方向
Y :第2方向
X :第3方向
1:
Claims (8)
第1方向に離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部、及び支持部により閉塞された空間を有する素子を形成する素子形成工程と、
前記第1方向と交わる第2方向に沿って前記支持部及び前記電極部の少なくとも何れかを分割し、前記空間に繋がる開口部を形成する分割工程と、
前記開口部を介して、前記空間内にナノ粒子を有する中間部を形成する中間部形成工程と、
前記開口部に沿って封止部を形成する封止工程と、
を備えること
を特徴とする発電素子の製造方法。 It is a method of manufacturing a power generation element that converts thermal energy into electrical energy.
An element forming step of forming an element having a space enclosed by a pair of electrode portions having different work functions and a support portion separated from each other in the first direction.
A division step of dividing at least one of the support portion and the electrode portion along a second direction intersecting with the first direction to form an opening connected to the space.
An intermediate portion forming step of forming an intermediate portion having nanoparticles in the space through the opening,
A sealing step of forming a sealing portion along the opening, and a sealing step.
A method for manufacturing a power generation element, which comprises.
前記分割工程は、前記第2方向に沿って前記犠牲支持部の少なくとも一部を除去することで、前記開口部を形成することを含むこと
を特徴とする請求項1記載の発電素子の製造方法。 The support portion has a sacrificial support portion formed in the space and extending in the first direction.
The method for manufacturing a power generation element according to claim 1, wherein the dividing step includes forming the opening by removing at least a part of the sacrificial support along the second direction. ..
前記分割工程は、前記第2方向に沿って前記基板を分割し、複数の前記素子をそれぞれ離間させることを含むこと
を特徴とする請求項1又は2記載の発電素子の製造方法。 The element forming step includes forming a plurality of the elements on one substrate.
The method for manufacturing a power generation element according to claim 1 or 2, wherein the division step includes dividing the substrate along the second direction and separating the plurality of elements from each other.
を特徴とする請求項1~3の何れか1項記載の発電素子の製造方法。 The method for manufacturing a power generation element according to any one of claims 1 to 3, wherein the dividing step includes forming a pair of the openings so as to sandwich the electrode portion.
を特徴とする請求項1~4の何れか1項記載の発電素子の製造方法。 The method for manufacturing a power generation element according to any one of claims 1 to 4, wherein the element formed in the element forming step contains an inert gas in the space.
基板と、
前記基板上に設けられた複数の素子と、
を備え、
前記素子は、
第1方向に離間し、それぞれ仕事関数の異なる一対の電極部と、
一対の前記電極部の間を含む空間と、
前記空間を囲む支持部と、
を有し、
前記空間は、一対の前記電極部、及び前記支持部により閉塞されること
を特徴とする発電素子用部材。 A member for a power generation element used as a part of a power generation element that converts thermal energy into electric energy.
With the board
With a plurality of elements provided on the substrate,
Equipped with
The element is
A pair of electrodes separated in the first direction and having different work functions,
The space including between the pair of electrodes and
The support portion that surrounds the space and
Have,
A member for a power generation element, wherein the space is closed by a pair of the electrode portions and the support portion.
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