JP2022183933A - 熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率の安定化を図ることができる熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供する。【解決手段】電極間の温度差を不要とする熱電素子１であって、第１電極１１と、前記第１電極１１と離間して設けられた第２電極１２と、前記第１電極１１と前記第２電極１２との間に設けられ、少なくとも１層を含むドナー層２１と、前記ドナー層２１と前記第２電極１２との間に設けられ、少なくとも１層を含むアクセプター層２２と、を備え、前記ドナー層２１及び前記アクセプター層２２の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むことを特徴とする。【選択図】図１
Description
この発明は、電極間の温度差を不要とする熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法に関する。
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熱電素子の開発が盛んに行われている。特に、温度差を不要とした熱電素子に関し、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。
特許文献１には、互いに離れて配置された第１の電極層及び第２の電極層と、第１の電極層及び第２の電極層に接触する熱電変換層と、を有する熱電変換素子が開示されている。また、熱電変換層は、導電性材料が非導電性材料で被覆された被覆導電性材料と、分散媒とを含有する熱電変換材料からなり、被覆導電性材料の比抵抗値は、１×１０１～１×１０９Ω・ｍである旨が開示されている。
ここで、特許文献１のように、被覆導電性材料と、分散媒とを有する熱電変換材料を用いた熱電素子では、被覆導電性材料の分散状態にバラつきが生じ、電子の移動が局所的に抑制される可能性がある。このため、安定した発電効率を得られない懸念が挙げられる。
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、発電効率の安定化を図ることができる熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供することにある。
第１発明に係る熱電素子は、電極間の温度差を不要とする熱電素子であって、第１電極と、前記第１電極と離間して設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、少なくとも１層を含むドナー層と、前記ドナー層と前記第２電極との間に設けられ、少なくとも１層を含むアクセプター層と、を備え、前記ドナー層及び前記アクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むことを特徴とする。
第２発明に係る熱電素子は、第１発明において、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数よりも高いことを特徴とする。
第３発明に係る熱電素子は、第２発明において、前記ドナー層及び前記アクセプター層は、固体であることを特徴とする。
第４発明に係る熱電素子は、第１発明～第３発明の何れかにおいて、前記アクセプター層のＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）は、前記ドナー層のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）とＬＵＭＯとの間であり、前記アクセプター層のＨＯＭＯは、前記ドナー層のＨＯＭＯよりも高いことを特徴とする。
第５発明に係る熱電素子は、第１発明～第４発明の何れかにおいて、前記アクセプター層は、前記ドナー層と接する第１アクセプター層と、前記第１アクセプター層と前記第２電極との間に設けられた第２アクセプター層と、前記第２アクセプター層と前記第２電極との間に設けられた電子輸送層と、を含み、前記第１アクセプター層、前記第２アクセプター層、及び前記電子輸送層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むことを特徴とする。
第６発明に係る熱電素子は、第１発明～第４発明の何れかにおいて、前記アクセプター層は、前記ドナー層と接し、２種類の材料を混合させた混合層を含むことを特徴とする。
第７発明に係る熱電装置は、第１発明における熱電素子と、前記第１電極と電気的に接続された第１配線と、前記第２電極と電気的に接続された第２配線と、を備えることを特徴とする。
第８発明に係る電子機器は、請求項１記載の熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動する電子部品とを備えることを特徴とする。
第９発明に係る熱電素子の製造方法は、電極間の温度差を不要とする熱電素子の製造方法であって、第１電極を形成する第１電極形成工程と、少なくとも１層を含むドナー層を形成するドナー層形成工程と、少なくとも１層を含むアクセプター層を形成するアクセプター層形成工程と、第２電極を形成する第２電極形成工程と、を備え、前記ドナー層及び前記アクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むことを特徴とする。
第１０発明に係る熱電素子の製造方法は、第９発明において、前記ドナー層形成工程は、前記第１電極の表面に、前記ドナー層を形成し、前記アクセプター層形成工程は、前記ドナー層の表面に、前記アクセプター層を形成し、前記第２電極形成工程は、前記アクセプター層の表面に、減圧環境下で前記第２電極が形成され、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数よりも高いことを特徴とする。
第１１発明に係る熱電素子の製造方法は、第９発明又は第１０発明において、前記アクセプター層形成工程は、前記ドナー層の表面に、第１アクセプター層を形成する工程と、前記第１アクセプター層の表面に、第２アクセプター層を形成する工程と、前記第２アクセプター層の表面に、電子輸送層を形成する工程と、を含み、前記第２電極形成工程は、前記電子輸送層の表面に、前記第２電極を形成することを含み、前記第１アクセプター層、前記第２アクセプター層、及び前記電子輸送層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むことを特徴とする。
第１発明～第６発明によれば、ドナー層及びアクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。配向分極を示す有機物を含む層には、各電極の積層方向に沿って電位差が発生する。このため、ドナー層とアクセプター層との界面において、電子の熱励起により電荷移動錯体が形成される際、配向分極を示す有機物を含む層を介して、電荷移動を促進させることができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
特に、第２発明によれば、第１電極の仕事関数は、第２電極の仕事関数よりも高い。このため、各電極から発生する熱電子の量の差に基づき、電極間に電界を形成することができる。これにより、電極間の電荷移動をさらに促進させることが可能となる。
特に、第３発明によれば、ドナー層及びアクセプター層は、固体である。このため、仕事関数差のある各電極の間に、電極間の距離（ギャップ）を維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部の形成精度に起因するギャップのバラつきを除くことができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
特に、第４発明によれば、アクセプター層のＬＵＭＯは、ドナー層のＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間であり、アクセプター層のＨＯＭＯは、ドナー層のＨＯＭＯよりも高い。このため、ドナー層とアクセプター層との界面において、熱励起による電荷分離状態を容易に形成させることができる。これにより、発電効率の安定化を実現し易くすることが可能となる。
特に、第５発明によれば、アクセプター層は、第１アクセプター層と、第２アクセプター層と、電子輸送層とを含む。このため、ドナー層とアクセプター層との界面において発生した電子を、第２電極に向けて円滑に移動させることができる。これにより、発電効率の低下を抑制することが可能となる。
特に、第７発明によれば、発電装置は、第１発明における熱電素子を備える。このため、発電効率の安定化を図る発電装置の実現が可能となる。
特に、第８発明によれば、電子機器は、第１発明における熱電素子を備える。このため、発電効率の安定化を図る発電装置の実現が可能となる。
第９発明～第１１発明によれば、ドナー層及びアクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。配向分極を示す有機物を含む層には、電極の積層方向に沿って電位差が発生する。このため、ドナー層とアクセプター層との界面において、熱励起による電荷分離状態が形成される際、配向分極を示す有機物を含む層を介して、電荷移動を促進させることができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
特に、第１０発明によれば、第２電極形成工程は、アクセプター層の表面に、減圧環境下で形成される。このため、第２電極の仕事関数の変動を抑制することができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態としての熱電素子、発電装置、電子機器、発電方法、及び熱電素子の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、各電極が積層される高さ方向を第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Ｘとし、第１方向Ｚ及び第２方向Ｘ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Ｙとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。
（第１実施形態：熱電素子１、発電装置１００）
図１は、本実施形態における熱電素子１、及び発電装置１００の一例を示す模式断面図である。
図１は、本実施形態における熱電素子１、及び発電装置１００の一例を示す模式断面図である。
図１（ａ）に示すように、発電装置１００は、熱電素子１と、第１配線１０１と、第２配線１０２とを備える。熱電素子１は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような熱電素子１を備えた発電装置１００は、例えば、図示せぬ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、熱電素子１から発生した電気エネルギーを、第１配線１０１及び第２配線１０２を介して負荷Ｒへ出力する。負荷Ｒの一端は第１配線１０１と電気的に接続され、他端は第２配線１０２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す。負荷Ｒは、例えば発電装置１００を主電源又は補助電源に用いて駆動される。
熱電素子１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、及び環境温度等が挙げられる。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。熱電素子１を備えた発電装置１００は、例えばＩｏＴ（Internet of Things）デバイス、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１００は、太陽光発電等のような、より大型の装置への応用も可能である。
熱電素子１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。熱電素子１は、発電装置１００内に設けるだけでなく、熱電素子１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、熱電素子１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り得る。
熱電素子１は、例えば図１に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、ドナー層２１と、アクセプター層２２とを備える。熱電素子１は、例えば基板５１を備えてもよい。
第１電極１１及び第２電極１２は、互いに対向して設けられる。ドナー層２１及びアクセプター層２２は、第１電極１１と、第２電極１２との間に設けられる。
ドナー層２１は、例えば図２（ａ）に示すように、ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）２１Ｈ、及びＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）２１Ｌを有する。アクセプター層２２は、ドナー層２１とは異なるＨＯＭＯ２２Ｈ、及びＬＵＭＯ２２Ｌを有する。例えばＨＯＭＯ２１Ｈは、ＬＵＭＯ２２Ｌよりも高い値を示す。なお、例えばドナー層２１及びアクセプター層２２が複数の層を含む場合、互いに隣接する層が、上述した各ＨＯＭＯ２１Ｈ、２２Ｈ、及び各ＬＵＭＯ２１Ｌ、２２Ｌを有する。
熱電素子１に熱エネルギーが与えられた場合、例えば図２（ｂ）に示すように、ＨＯＭＯ２１Ｈの有する電子が、隣接するアクセプター層２２のＬＵＭＯ２２Ｌに遷移し、ＨＯＭＯ２１Ｈに正孔が生成される（図２（ｂ）の作用Ａ）。これにより、電荷移動（ＣＴ：Charge Transfer）錯体が形成される。そして、ドナー層２１を介して正孔が第１電極１１に移動し、アクセプター層２２を介して電子が第２電極１２に移動することで、熱電素子１の発電を実現することができる。
ここで、電極間の温度差を不要とする熱発電に利用される熱エネルギーは、温度差を必要とする熱発電に利用される熱エネルギーや、太陽光発電等に利用される光エネルギーに比べて、与えられるエネルギーの強度が弱い場合がある。このため、電子の遷移に伴い形成された電荷移動が、各電極１１、１２まで及ばない恐れがあり、不安定な発電効率の要因となり得ることを、発明者らは見出した。
これに対し、本実施形態における熱電素子１では、ドナー層２１及びアクセプター層２２の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。この場合、配向分極を示す有機物を含む層には、各電極１１、１２の積層方向（第１方向Ｚ）に沿って電位差が発生する。このため、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において、電子の熱励起により電荷移動錯体が形成される際、配向分極を示す有機物を含む層を介して、電荷移動を促進させることができる（図２（ｂ）の作用Ｂ）。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
なお、配向分極を示す有機物を含む層は、例えば層を形成する際、自発的に配向分極（自発分極）を示し、表面電位を保持する特性を有する。配向分極を示す有機物の材料として、例えば銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、ＢＣＰ（Bathocuproine）、フッ化銅フタロシアニン（Ｆ１６ＣｕＰｃ）等が用いられる。上記のほか、例えば４，４’－ビス［Ｎ－（ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）、２，２’，２’’－（１，３，５－ベンジントリイル）－トリス（１－フェニル－１－Ｈ－ベンズイミダゾール）（ＴＰＢｉ）、ビス（２－メチル－８－キノリノラト）（ｐ－フェニルフェノラト）アルミニウム（ＢＡｌｑ）、１，３－ビス［（４－ｔ－ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾール］フェニレン（ＯＸＤ－７）、トリス（８－キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（２－フェニルピリジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、９－［４－（４，６－ジフェニル－１，３，５－トリアジン－２－イル）フェニル］－Ｎ３，Ｎ３，Ｎ６，Ｎ６－テトラフェニル－９Ｈ－カルバゾール－３，６，ジアミン（ＤＡＣＴ－ＩＩ）、ビス［２－（２－ピリジニル－Ｎ）フェニル－Ｃ］（２，４－ペンタンジオナト－Ｏ２，Ｏ４）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、（４ｓ，６ｓ）－２，４，５，６－テトラ（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）イソフタロニトリル（４ＣｚＩＰＮ）、１，３－ビス［２－（２，２’－ビピリジン－６－イル）－１，３，４－オキサジアゾ－５－イル］ベンゼン（Ｂｐｙ－ＯＸＤ）、４，６－ビス（３，５－ジ（ピリジン－３－イル）フェニル）－２－メチルピリミジン（Ｂ３ＰｙＭＰＭ）、４，５－ジ（９Ｈ－カルバゾール－９－イル）フタロニトリル（２ＣｚＰＮ）、４－（ジシアノメチレン）－２－ｔ－ブチル－６－（１，１，７，７－テトラメチル）ジュノリジン（ＤＣＪＴＢ）、１，３－ビス（Ｎ－カルバゾリル）ベンゼン（ｍＣＰ）、トリス（７－プロピル－８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌ（７－ｐｒｑ）３）、トリス（５－クロロ－８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌ（ｑ－Ｃｌ）３）、トリス（８－ヒドロキシキノリン）－ガリウム（Ｇａｑ３）、ビス（８－キノリノラト）亜鉛（Ｚｎｑ２）、３，４，５，６－テトラ－９Ｈ－カルバゾール－９－イル－１，２－ベンゼンジカルボニトリル（４ＣｚＰＮ）等が用いられ、用途に応じて任意の材料を用いることができる。
配向分極を示す有機物を含む層は、例えば１種類の材料のみを含んでもよい。この場合、例えば粒子等を分散させた材料を用いた場合に比べて、材料特有の表面電位を保持し易くすることができる。
以下、各構成の詳細について説明する。
＜第１電極１１、第２電極１２＞
第１電極１１及び第２電極１２は、例えば第１方向Ｚに沿って離間して設けられる。第１電極１１は、例えば基板５１に接して設けられる。
第１電極１１及び第２電極１２は、例えば第１方向Ｚに沿って離間して設けられる。第１電極１１は、例えば基板５１に接して設けられる。
第１電極１１及び第２電極１２は、例えば同一の基板５１に接して設けられてもよい。この場合、第１電極１１及び第２電極１２は、第２方向Ｘ又は第３方向Ｙに沿って離間して設けられる。
各電極１１、１２は、例えば第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに延在し、複数設けられてもよい。例えば１つの第２電極１２は、複数の第１電極１１とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。また、例えば１つの第１電極１１は、複数の第２電極１２とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。
第１電極１１及び第２電極１２の厚さは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。第１電極１１及び第２電極１２の厚さは、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下でもよい。
第１電極１１及び第２電極１２は、例えばそれぞれ異なる仕事関数を有してもよく、例えば第１電極１１の仕事関数は、第２電極１２の仕事関数よりも高い。この場合、各電極１１、１２から発生する熱電子の量の差に基づき、電極間に電界を形成することができる。これにより、電極間の電荷移動をさらに促進させることができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
なお、「仕事関数」とは、固体内にある電子を真空中に取出すために必要な最小限のエネルギーを示し、真空準位からフェルミレベルまでの差を示す。各実施形態では、図２（ａ）に示した電子状態のうち、上側に比べて下側のほうが高い仕事関数として説明する。例えば仕事関数の低い材料は、仕事関数の高い材料に比べて、電子が飛び出し易い傾向を示す。仕事関数は、例えばケルビン法のほか、紫外光電子分光法（ＵＰＳ：Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）やオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）等の公知の測定方法を用いて測定することができる。
また、「ＨＯＭＯ」及び「ＬＯＭＯ」においても、仕事関数と同様に、図２（ａ）に示した電子状態のうち、上側に比べて下側のほうが高いＨＯＭＯ及びＬＵＭＯとして説明する。また、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯは、公知の測定方法を用いた計測することができる。例えばＨＯＭＯは、上述した各分光法のほか、例えば光電子収量分光法（ＰＹＳ：Photoemission Yield Spectroscopy）等のような公知の測定方法を用いて測定することができる。また、ＬＵＭＯは、例えば逆光電子分光法（ＩＰＥＳ：Inverse Photoelectron Spectroscopy）を用いた計測や、吸収スペクトルを用いて算出することができる。
なお、本説明に示す「仕事関数」、「ＨＯＭＯ」及び「ＬＯＭＯ」として、熱電素子１の各構成を対象とした実測値が用いられるほか、例えば材料に対して計測された公知の値が用いられてもよい。
第１電極１１及び第２電極１２の材料として、導電性を有する材料が用いられる。第１電極１１及び第２電極１２の材料として、例えば同一の材料を用いてもよく、この場合、それぞれ異なる仕事関数を有してもよい。
各電極１１、１２の材料として、例えば鉄、アルミニウム、銅等の単一元素からなる材料が用いられるほか、例えば２種類以上の元素からなる合金の材料が用いられてもよい。各電極１１、１２の材料として、例えば非金属導電物が用いられてもよい。非金属導電物の例としては、シリコン（Ｓｉ：例えばｐ型Ｓｉ、あるいはｎ型Ｓｉ）、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。
特に、各電極１１、１２の材料として、光透過性を有しない公知の導電性材料を用いることができる。このため、各電極１１、１２を透過した光に起因する発電を防ぐことができる。これにより、熱以外に起因する発電のバラつきを抑制することが可能となる。なお、上述した「光」とは、例えば太陽光発電に用いられる波長範囲の光を示し、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍ程度の波長範囲の光を示す。
＜ドナー層２１、アクセプター層２２＞
ドナー層２１及びアクセプター層２２は、各電極１１、１２に挟まれ、互いに接して設けられる。ドナー層２１及びアクセプター層２２は、少なくとも１層を含む。ドナー層２１は、第１電極１１と接し、第２電極１２と離間する。アクセプター層２２は、第２電極１２と接し、第１電極１１と離間する。即ち、上述した各構成１１、１２、２１、２２は、第１電極１１、ドナー層２１、アクセプター層２２、及び第２電極１２の順に積層されて設けられる。
ドナー層２１及びアクセプター層２２は、各電極１１、１２に挟まれ、互いに接して設けられる。ドナー層２１及びアクセプター層２２は、少なくとも１層を含む。ドナー層２１は、第１電極１１と接し、第２電極１２と離間する。アクセプター層２２は、第２電極１２と接し、第１電極１１と離間する。即ち、上述した各構成１１、１２、２１、２２は、第１電極１１、ドナー層２１、アクセプター層２２、及び第２電極１２の順に積層されて設けられる。
ドナー層２１及びアクセプター層２２は、例えば各電極１１、１２と同様に、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに延在する。ドナー層２１及びアクセプター層２２の形状は、例えば各電極１１、１２と同様の形状である。
ドナー層２１及びアクセプター層２２の厚さは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。ドナー層２１及びアクセプター層２２の厚さは、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下でもよい。
ドナー層２１及びアクセプター層２２は、固体で形成される。このため、各電極１１、１２の間の距離（ギャップ）を維持するための支持部等を設ける必要がない。ここで、仕事関数差のある各電極１１、１２を用いた場合、柱状や枠状の支持部を形成し、ギャップを溶媒等で充填する場合がある。この際、支持部の形成バラつきに伴い、各電極１１、１２の対向面におけるギャップのバラつきが発生し、発電効率の低下が発生し得る。これに対し、固体で形成されたドナー層２１及びアクセプター層２２を、ギャップ内に設けることで、各電極１１、１２の対向面におけるギャップのバラつきを除くことができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
ドナー層２１として、正孔を第１電極１１に移動させるために適した材料が用いられる。ドナー層２１として、上述した配向分極を示す有機物を含む材料が用いられ、特にアクセプター層２２と接する面にα－ＮＰＤ、又はｍＣＰを用いることが好ましい。
ドナー層２１として、上述した配向分極を示す有機物を含む材料のほか、例えばＮ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－（３－メチルフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ）、９－［３，５－ビス（２－ジベンゾチオフェニル）フェニル］－９Ｈ－カルバゾール（Ｔｒｉｓ－ＰＣｚ）、ペンタセン（Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、４，４’，４’ ’－トリス［（３－メチルフェニル）フェニルアミノ］トリフェニルアミン（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）、２，４，６－トリス（ビフェニル－３－イル）－１，３，５－トリアジン（Ｔ２Ｔ）、１，１－ビス［（ジ－４－トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、２，２’，７，７’－テトラキス［Ｎ，Ｎ－ジ（４－メトキシフェニル）アミノ］－９，９’－スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）等の有機材料が用いられる。ドナー層２１として、例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｚｎ－Ｓｉ－Ｏ等のｐ型半導体が用いられるほか、例えばＭｏＯｘ、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３等のドーピング材料を含む材料が用いられてもよい。
アクセプター層２２として、電子を第２電極１２に移動させるために適した材料が用いられる。アクセプター層２２として、上述した配向分極を示す有機物を含む材料が用いられ、特にドナー層２１と接する面にＴＰＢｉ、ＯＸＤ－７、Ａｌｑ３、Ａｌ（７－ｐｒｑ）３、Ｇａｑ３、ＢＣＰ、Ｂｐｙ－ＯＸＤ、又はＢ３ＰｙＭＰＭを用いることが好ましい。
アクセプター層２２として、上述した配向分極を示す有機物を含む材料のほか、例えば３，４，９，１０－ペリレンテトラカルボン酸ビズベンゾイミダゾール（ＰＴＣＢＩ）、Ｃ６０、Ｃ７０、バトフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，３，６，７，１０，１１－ヘキサシアノ－１，４，５，８，９，１２－ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ－ＣＮ）、２，３，５，６－テトラフルオロ―７，７，８，８－テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）等の有機材料が用いられる。アクセプター層２２として、例えばＣｕＳｎＩ等のｎ型半導体が用いられるほか、例えばＣｓ２ＣＯ３、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ等のドーピング材料を含む材料が用いられてもよい。
例えば、アクセプター層２２のＬＵＭＯ２２Ｌは、ドナー層２１のＨＯＭＯ２１ＨとＬＵＭＯ２１Ｌとの間であり、アクセプター層２２のＨＯＭＯ２２Ｈは、ドナー層２１のＨＯＭＯ２１Ｈよりも高い。この場合、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において、電子の熱励起による電荷移動錯体の形成を、促進させることができる。
例えば、第１電極１１の仕事関数は、ドナー層２１のＨＯＭＯ２１ＨとＬＵＭＯ２１Ｌとの間であり、第２電極１２の仕事関数は、アクセプター層２２のＬＵＭＯ２２Ｌよりも低い。この場合、電荷移動の妨げとなる各構成間のエネルギー障壁を、低減することができる。即ち、第１電極１１に向かう正孔の移動を促進させるとともに、第２電極１２に向かう電子の移動を促進させることができる。これにより、発電効率の向上を図ることが可能となる。
例えば、アクセプター層２２は、混合層を含んでもよい。混合層は、ドナー層２１と接し、２種類の材料を混合させて形成された層を示す。この場合、例えばアクセプター層２２は、混合層と第２電極１２との間に設けられた輸送層を含んでもよい。
混合層に用いられる２種類の材料として、例えばドナー層２１に用いられる材料と、輸送層に用いられる材料とが用いられる。この場合、上述した各ＨＯＭＯ２１Ｈ、２２Ｈ、及び各ＬＵＭＯ２１Ｌ、２２Ｌに対応する部分を、混合層内に形成することができる。このため、電荷移動錯体が形成される範囲を拡大することができ、発電効率の向上を図ることが可能となる。
＜基板５１＞
基板５１は、例えば第１電極１１と接し、第２電極１２、ドナー層２１、及びアクセプター層２２と離間する。基板５１は、第１電極１１を固定する。基板５１は、例えば第１基板５１ａと、第２基板５１ｂとを含んでもよい。この場合、例えば図１（ｂ）に示すように、第１基板５１ａは第１電極１１と接し、第２基板５１ｂは第２電極１２と接する。
基板５１は、例えば第１電極１１と接し、第２電極１２、ドナー層２１、及びアクセプター層２２と離間する。基板５１は、第１電極１１を固定する。基板５１は、例えば第１基板５１ａと、第２基板５１ｂとを含んでもよい。この場合、例えば図１（ｂ）に示すように、第１基板５１ａは第１電極１１と接し、第２基板５１ｂは第２電極１２と接する。
基板５１の厚さは、例えば１μｍ以上１０ｍｍ以下であり、第１電極１１等を固定できれば任意である。
基板５１として、例えば絶縁性を有する板状の材料を用いることができ、例えばシリコン、石英、パイレックス（登録商標）等の公知の材料を用いることができる。基板５１は、例えばフィルム状の材料が用いられてもよく、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＣ（polycarbonate）、及びポリイミド等の公知のフィルム状の材料が用いられてもよい。
基板５１として、例えば導電性を有する材料を用いることができ、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、基板５１としては、例えばＳｉ、ＧａＮ等の導電性を有する半導体の他、導電性高分子等の材料を用いてもよい。基板５１に導電性を有する材料を用いる場合、第１電極１１等に接続するための配線が不要となる。
特に、基板５１の材料として、光透過性を有しない公知の絶縁性材料、又は公知の導電性材料を用いることができる。このため、基板５１を透過した光に起因する発電を防ぐことができる。これにより、熱以外に起因する発電のバラつきを抑制することが可能となる。
（第１実施形態：熱電素子１の製造方法）
次に、本実施形態における熱電素子１の製造方法の一例を説明する。図３は、本実施形態における熱電素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
次に、本実施形態における熱電素子１の製造方法の一例を説明する。図３は、本実施形態における熱電素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
熱電素子１の製造方法は、第１電極形成工程Ｓ１１０と、ドナー層形成工程Ｓ１２０と、アクセプター層形成工程Ｓ１３０と、第２電極形成工程Ｓ１４０とを備える。
＜第１電極形成工程Ｓ１１０＞
第１電極形成工程Ｓ１１０は、第１電極１１を形成する。第１電極形成工程Ｓ１１０では、例えば図１（ａ）に示した基板５１上に、第１電極１１を形成する。この際、例えば基板５１に対して洗浄及びベーキングを実施したあと、第１電極１１を形成する。第１電極１１は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
第１電極形成工程Ｓ１１０は、第１電極１１を形成する。第１電極形成工程Ｓ１１０では、例えば図１（ａ）に示した基板５１上に、第１電極１１を形成する。この際、例えば基板５１に対して洗浄及びベーキングを実施したあと、第１電極１１を形成する。第１電極１１は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
＜ドナー層形成工程Ｓ１２０＞
ドナー層形成工程Ｓ１２０は、第１電極１１の表面に、少なくとも１層を含むドナー層２１を形成する。ドナー層２１は、例えば配向分極を示す有機物を用いて形成された層を含む。ドナー層２１は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
ドナー層形成工程Ｓ１２０は、第１電極１１の表面に、少なくとも１層を含むドナー層２１を形成する。ドナー層２１は、例えば配向分極を示す有機物を用いて形成された層を含む。ドナー層２１は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
＜アクセプター層形成工程Ｓ１３０＞
アクセプター層形成工程Ｓ１３０は、ドナー層２１の表面に、少なくとも１層を含むアクセプター層２２を形成する。アクセプター層２２は、例えば配向分極を示す有機物を用いて形成された層を含む。アクセプター層２２は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
アクセプター層形成工程Ｓ１３０は、ドナー層２１の表面に、少なくとも１層を含むアクセプター層２２を形成する。アクセプター層２２は、例えば配向分極を示す有機物を用いて形成された層を含む。アクセプター層２２は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
＜第２電極形成工程Ｓ１４０＞
第２電極形成工程Ｓ１４０は、アクセプター層２２の表面に、第２電極１２を形成する。第２電極１２は、例えば第１電極１１よりも低い仕事関数を有する材料を用いて形成される。第２電極１２は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
第２電極形成工程Ｓ１４０は、アクセプター層２２の表面に、第２電極１２を形成する。第２電極１２は、例えば第１電極１１よりも低い仕事関数を有する材料を用いて形成される。第２電極１２は、例えば減圧環境下でスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される。
上述した各工程を実施することで、本実施形態における熱電素子１が形成される。なお、例えば図１（ａ）に示す各配線１０１、１０２等を形成することで、本実施形態における発電装置１００が形成される。
なお、上記では第１電極形成工程Ｓ１１０、ドナー層形成工程Ｓ１２０、アクセプター層形成工程Ｓ１３０、及び第２電極形成工程Ｓ１４０の順に実施する場合を説明したが、例えば第２電極形成工程Ｓ１４０、アクセプター層形成工程Ｓ１３０、ドナー層形成工程Ｓ１２０、及び第１電極形成工程Ｓ１１０の順に実施してもよい。
この場合、第２電極形成工程Ｓ１４０では、例えば基板５１上に、第２電極１２を形成する。その後、アクセプター層形成工程Ｓ１３０では、例えば第２電極１２の表面にアクセプター層２２を形成する。その後、ドナー層形成工程Ｓ１２０は、例えばアクセプター層２２の表面にドナー層２１を形成する。その後、第１電極形成工程Ｓ１１０では、ドナー層２１の表面に第１電極１１を形成する。
（第１実施形態：熱電素子１の変形例）
次に、本実施形態における熱電素子１の変形例を説明する。上述した実施形態と、変形例との違いは、アクセプター層２２が、２層以上の層を含む点である。なお、上述した構成と同様の内容については、説明を省略する。
次に、本実施形態における熱電素子１の変形例を説明する。上述した実施形態と、変形例との違いは、アクセプター層２２が、２層以上の層を含む点である。なお、上述した構成と同様の内容については、説明を省略する。
アクセプター層２２は、例えば図４（ａ）に示すように、第１アクセプター層２２ａと、第２アクセプター層２２ｂとを含み、例えば電子輸送層２２ｃを含んでもよい。第１アクセプター層２２ａ、第２アクセプター層２２ｂ、及び電子輸送層２２ｃの少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。この場合、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において発生した電子を、第２電極１２に向けて円滑に移動させることができる。
第１アクセプター層２２ａは、ドナー層２１と接する。第２アクセプター層２２ｂは、第１アクセプター層２２ａと第２電極１２との間に設けられる。電子輸送層２２ｃは、第２アクセプター層２２ｂと第２電極１２との間に設けられる。
第１アクセプター層２２ａのＬＵＭＯ２２Ｌは、例えば第２アクセプター層２２ｂのＬＵＭＯよりも高い。この場合、電荷移動錯体が形成されたあと、熱エネルギーを利用した第１アクセプター層２２ａから第２アクセプター層２２ｂへの電子の遷移に伴い、電子のエネルギーを増加させることができる。これにより、出力電圧の向上を図ることが可能となる。特に、第１アクセプター層２２ａが配向分極を示す有機物を含むことで、アクセプター層２２における電子の移動促進、及び電子のエネルギー増加を実現することが可能となる。
上記に加え、例えば第２アクセプター層２２ｂのＬＵＭＯは、電子輸送層２２ｃのＬＵＭＯよりも高くすることで、さらに電子の移動促進を図ることが可能となる。また、ドナー層２１、第１アクセプター層２２ａ、及び電子輸送層２２ｃが、配向分極を示す有機物を含むことで、出力電圧の向上、及び発電効率の低下を抑制することが可能となる。
なお、例えば図４（ｂ）に示すように、ドナー層２１は、第１ドナー層２１ａと、第２ドナー層２１ｂとを含み、例えば正孔輸送層２１ｃを含んでもよい。第１ドナー層２１ａ、第２ドナー層２１ｂ、及び正孔輸送層２１ｃの少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。この場合においても、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において発生した正孔を、第１電極１１に向けて円滑に移動させることができる。
（第１実施形態：熱電素子１の製造方法の変形例）
次に、本実施形態における熱電素子１の製造方法の変形例を説明する。
次に、本実施形態における熱電素子１の製造方法の変形例を説明する。
本変形例では、アクセプター層形成工程Ｓ１３０は、上述した第１アクセプター層２２ａ、及び第２アクセプター層２２ｂを形成する工程を含み、例えば電子輸送層２２ｃを形成する工程を含んでもよい。第１アクセプター層２２ａは、ドナー層２１の表面に形成される。第２アクセプター層２２ｂは、第１アクセプター層２２ａの表面に形成される。電子輸送層２２ｃは、第２アクセプター層２２ｂの表面に形成される。また、第２電極形成工程Ｓ１４０は、電子輸送層２２ｃの表面に、第２電極１２を形成することを含む。この場合、上記と同様に、アクセプター層２２における電子の移動促進、及び電子のエネルギー増加を実現することが可能となる。
本実施形態によれば、ドナー層２１及びアクセプター層２２の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含む。配向分極を示す有機物を含む層には、各電極１１、１２の積層方向（例えば第１方向Ｚ）に沿って電位差が発生する。このため、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において、電子の熱励起により電荷移動錯体が形成される際、配向分極を示す有機物を含む層を介して、電荷移動を促進させることができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
また、本実施形態によれば、第１電極１１の仕事関数は、第２電極１２の仕事関数よりも高い。このため、各電極１１、１２から発生する熱電子の量の差に基づき、電極間に電界を形成することができる。これにより、電極間の電荷移動をさらに促進させることが可能となる。
また、本実施形態によれば、ドナー層２１及びアクセプター層２２は、固体である。このため、仕事関数差のある各電極１１、１２の間に、電極間の距離（ギャップ）を維持するための支持部等を設ける必要がなく、支持部の形成精度に起因するギャップのバラつきを除くことができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
また、本実施形態によれば、アクセプター層２２のＬＵＭＯ２２Ｌは、ドナー層２１のＨＯＭＯ２１ＨとＬＵＭＯ２１Ｌとの間であり、アクセプター層２２のＨＯＭＯ２２Ｈは、ドナー層２１のＨＯＭＯ２１Ｈよりも高い。このため、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において、熱励起による電荷分離状態を容易に形成させることができる。これにより、発電効率の安定化を実現し易くすることが可能となる。
また、本実施形態によれば、アクセプター層２２は、第１アクセプター層２２ａと、第２アクセプター層２２ｂと、電子輸送層２２ｃとを含む。このため、ドナー層２１とアクセプター層２２との界面において発生した電子を、第２電極１２に向けて円滑に移動させることができる。これにより、発電効率の低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態によれば、第２電極形成工程Ｓ１４０は、アクセプター層２２の表面に、減圧環境下で形成される。このため、第２電極１２の仕事関数の変動を抑制することができる。これにより、発電効率のさらなる安定化を図ることが可能となる。
（第２実施形態：熱電素子１）
次に、第２実施形態における熱電素子１の一例を説明する。上述した実施形態と、第２実施形態との違いは、遮蔽部６１を備える点である。なお、上述した構成と同様の内容については、説明を省略する。
次に、第２実施形態における熱電素子１の一例を説明する。上述した実施形態と、第２実施形態との違いは、遮蔽部６１を備える点である。なお、上述した構成と同様の内容については、説明を省略する。
遮蔽部６１は、例えば図５に示すように、積層されたドナー層２１、及びアクセプター層２２の側面に設けられる。遮蔽部６１は、例えばドナー層２１及びアクセプター層２２を囲み、例えば２以上に分割して設けられてもよい。
遮蔽部６１として、絶縁性材料が用いられ、例えばフッ素系絶縁性樹脂等の公知の絶縁性樹脂が用いられる。遮蔽部６１を設けることで、熱電素子１の耐久性を向上させることができる。
なお、遮蔽部６１の材料として、光透過性を有しない公知の絶縁性材料を用いることができる。このため、熱電素子１の側面から入射した光に起因する発電を防ぐことができる。これにより、熱以外に起因する発電のバラつきを抑制することが可能となる。特に、遮蔽部６１は、各電極１１、１２に接して設けられることで、光の遮蔽効果を向上させることができる。
（第３実施形態：電子機器５００）
＜電子機器５００＞
上述した熱電素子１及び発電装置１００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。
＜電子機器５００＞
上述した熱電素子１及び発電装置１００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。
図６（ａ）～図６（ｄ）は、熱電素子１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６（ｅ）～図６（ｈ）は、熱電素子１を含む発電装置１００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６（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。
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。
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。
補助電源５０３は、熱電素子１である。熱電素子１は、上述した熱電素子１の少なくとも１つを含む。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。
図６（ｂ）に示すように、主電源５０２は、熱電素子１とされてもよい。図６（ｂ）に示す電子機器５００は、主電源５０２として使用される熱電素子１と、熱電素子１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。熱電素子１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、熱電素子１は、環境発電型（エナジーハーベスト型）である。図６（ｂ）に示す電子機器５００は、電池の交換が不要である。
図６（ｃ）に示すように、電子部品５０１が熱電素子１を備えていてもよい。熱電素子１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。熱電素子１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、熱電素子１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。
図６（ｄ）に示すように、電子部品５０１が熱電素子１を備えている場合、熱電素子１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。
図６（ｅ）～図６（ｈ）のそれぞれに示すように、電子機器５００は、発電装置１００を備えていてもよい。発電装置１００は、電気エネルギーの源として熱電素子１を含む。
図６（ｄ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源５０２として使用される熱電素子１を備えている。同様に、図６（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１００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、熱電素子１又は発電装置１００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。熱電素子１又は発電装置１００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。
図６（ａ）～図６（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熱電素子１と、熱電素子１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。
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、熱電素子１又は発電装置１００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。
次に、上述した実施形態における熱電素子１に関連する実施例について説明する。実施例では、素子から出力される電流の経時変化を計測した。
本実施例では、実施例１として、配向分極を示す有機物の層を含む熱電素子を用いて電流を計測し、比較例１として、配向分極を示す有機物の層を含まない熱電素子を用いて電流を計測した。
実施例１では、上述した熱電素子１の製造方法に準ずる方法により、計測用の素子を形成した。第１電極としてＩＴＯを用い、第２電極としてＡｌを用いた。電極間には、ＣｕＰＣを用いたドナー層、Ｆ１６ＣｕＰｃを用いた第１アクセプター層、Ｃ６０を用いた第２アクセプター層、及びＢＣＰを用いた電子輸送層を積層した。電極間の距離は、１００ｎｍとした。
比較例１では、特許第６８４５５２１号公報に記載された第２実施例の比較例１と同様の素子を形成した。第１電極としてＰｔを用い、第２電極としてＡｌを用いた。電極間にはＡｕを用いたナノ粒子を分散させたトルエンを充填した。電極間の距離は、１０μｍとした。
表１は、上記条件に基づき形成された素子の室温における電流を計測した結果を示す。本実施例では、電流の経時変化を評価対象としている。表１には、計測開始直後を除く基準時間（ｔ０：計測開始から４０秒）の電流を基準として、ｔ１＝６０秒、ｔ２＝８０秒、ｔ３＝１００秒の電流を、それぞれ相対値で示した。
表１に示すように、比較例１では、経時に伴い電流値の減少傾向が確認された。これに対し、実施例１では、比較例１に比べて経時に伴う電流値の減少傾向の抑制が確認された。これにより、実施例１の素子を用いた場合、安定した発電効率を示す結果が得られた。また、実施例１と同様の構成を備える上述した実施形態における熱電素子１においても同様に、安定した発電効率を示唆する結果が得られた。
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。
１ ：熱電素子
１１ ：第１電極
１２ ：第２電極
２１ ：ドナー層
２２ ：アクセプター層
５１ ：基板
５１ａ ：第１基板
５１ｂ ：第２基板
６１ ：遮蔽部
１００ ：発電装置
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
５００ ：電子機器
５０１ ：電子部品
５０２ ：主電源
５０３ ：補助電源
Ｓ１１０ ：第１電極形成工程
Ｓ１２０ ：ドナー層形成工程
Ｓ１３０ ：アクセプター層形成工程
Ｓ１４０ ：第２電極形成工程
Ｘ ：第２方向
Ｙ ：第３方向
Ｚ ：第１方向
１１ ：第１電極
１２ ：第２電極
２１ ：ドナー層
２２ ：アクセプター層
５１ ：基板
５１ａ ：第１基板
５１ｂ ：第２基板
６１ ：遮蔽部
１００ ：発電装置
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
５００ ：電子機器
５０１ ：電子部品
５０２ ：主電源
５０３ ：補助電源
Ｓ１１０ ：第１電極形成工程
Ｓ１２０ ：ドナー層形成工程
Ｓ１３０ ：アクセプター層形成工程
Ｓ１４０ ：第２電極形成工程
Ｘ ：第２方向
Ｙ ：第３方向
Ｚ ：第１方向
Claims (11)
- 電極間の温度差を不要とする熱電素子であって、
第１電極と、
前記第１電極と離間して設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、少なくとも１層を含むドナー層と、
前記ドナー層と前記第２電極との間に設けられ、少なくとも１層を含むアクセプター層と、
を備え、
前記ドナー層及び前記アクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むこと
を特徴とする熱電素子。 - 前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数よりも高いこと
を特徴とする請求項１記載の熱電素子。 - 前記ドナー層及び前記アクセプター層は、固体であること
を特徴とする請求項２記載の熱電素子。 - 前記アクセプター層のＬＵＭＯ（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）は、前記ドナー層のＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）とＬＵＭＯとの間であり、
前記アクセプター層のＨＯＭＯは、前記ドナー層のＨＯＭＯよりも高いこと
を特徴とする請求項１～３の何れか１項記載の熱電素子。 - 前記アクセプター層は、
前記ドナー層と接する第１アクセプター層と、
前記第１アクセプター層と前記第２電極との間に設けられた第２アクセプター層と、
前記第２アクセプター層と前記第２電極との間に設けられた電子輸送層と、
を含み、
前記第１アクセプター層、前記第２アクセプター層、及び前記電子輸送層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むこと
を特徴とする請求項１～４の何れか１項記載の熱電素子。 - 前記アクセプター層は、前記ドナー層と接し、２種類の材料を混合させた混合層を含むこと
を特徴とする請求項１～４の何れか１項記載の熱電素子。 - 請求項１記載の熱電素子と、
前記第１電極と電気的に接続された第１配線と、
前記第２電極と電気的に接続された第２配線と、
を備えること
を特徴とする発電装置。 - 請求項１記載の熱電素子と、
前記熱電素子を電源に用いて駆動する電子部品と
を備えること
を特徴とする電子機器。 - 電極間の温度差を不要とする熱電素子の製造方法であって、
第１電極を形成する第１電極形成工程と、
少なくとも１層を含むドナー層を形成するドナー層形成工程と、
少なくとも１層を含むアクセプター層を形成するアクセプター層形成工程と、
第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を備え、
前記ドナー層及び前記アクセプター層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むこと
を特徴とする熱電素子の製造方法。 - 前記ドナー層形成工程は、前記第１電極の表面に、前記ドナー層を形成し、
前記アクセプター層形成工程は、前記ドナー層の表面に、前記アクセプター層を形成し、
前記第２電極形成工程は、前記アクセプター層の表面に、減圧環境下で前記第２電極が形成され、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数よりも高いこと
を特徴とする請求項９記載の熱電素子の製造方法。 - 前記アクセプター層形成工程は、
前記ドナー層の表面に、第１アクセプター層を形成する工程と、
前記第１アクセプター層の表面に、第２アクセプター層を形成する工程と、
前記第２アクセプター層の表面に、電子輸送層を形成する工程と、
を含み、
前記第２電極形成工程は、前記電子輸送層の表面に、前記第２電極を形成することを含み、
前記第１アクセプター層、前記第２アクセプター層、及び前記電子輸送層の少なくとも何れかは、配向分極を示す有機物を含むこと
を特徴とする請求項９又は１０記載の熱電素子の製造方法。
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