JP2023046931A - Thermoelectric conversion module - Google Patents

Thermoelectric conversion module Download PDF

Info

Publication number
JP2023046931A
JP2023046931A JP2021155783A JP2021155783A JP2023046931A JP 2023046931 A JP2023046931 A JP 2023046931A JP 2021155783 A JP2021155783 A JP 2021155783A JP 2021155783 A JP2021155783 A JP 2021155783A JP 2023046931 A JP2023046931 A JP 2023046931A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
element layer
heat sink
thermoelectric conversion
layer
thermoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021155783A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
卓郎 米田
Takuro Yoneda
邦久 加藤
Kunihisa Kato
亘 森田
Wataru Morita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lintec Corp
Original Assignee
Lintec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lintec Corp filed Critical Lintec Corp
Priority to JP2021155783A priority Critical patent/JP2023046931A/en
Publication of JP2023046931A publication Critical patent/JP2023046931A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

To provide a thermoelectric conversion module in which overlapping of upper and lower heat sinks is suppressed and high thermoelectric performance is maintained.SOLUTION: In a thermoelectric conversion module 1A in which P-type thermoelectric element layers 4 and N-type thermoelectric element layers 5 are arrayed alternately and so as to be in contact with each other, a first heat sink 9A and a second heat sink 9B are installed so as to be covered by each other in a boundary 6 of a thermoelectric conversion element layer 7 at a first surface side 8A in an array direction 10 and a boundary 6 of the thermoelectric conversion element layer 7 at a second surface side 8B with respect to the boundaries 6 existing at intervals in the array direction 10. When an interval between the first heat sink 9A and the second heat sink 9B being adjacent to each other in the P-type thermoelectric element layer 4 is defined as DP, an interval between the second heat sink 9B and the first heat sink 9A being adjacent to each other in the N-type thermoelectric element layer 5 is defined as DN, a length of the P-type thermoelectric element layer 4 is defined as LP and a length of the N-type thermoelectric element layer 5 is defined as LN, a ratio DP/(LP+LN) and a ratio DN/(LP+LN) respectively range from 0.005 to 0.300.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱電変換モジュールに関する。 The present invention relates to thermoelectric conversion modules.

従来から、エネルギーの有効利用手段の一つとして、ゼーベック効果やペルチェ効果などの熱電効果を有する熱電変換モジュールにより、熱エネルギーと電気エネルギーとを直接相互変換するようにした装置がある。
前記熱電変換モジュールとして、いわゆるインプレーン型の熱電変換素子の使用が知られている。インプレーン型は、P型熱電素子とN型熱電素子とが基板の面内方向に交互に設けられ、例えば、P型熱電素子とN型熱電素子間の接合部(境界)の下部に電極を介在させ電気的に直列接続することで構成される。通常、温度差の付与は、隣接する前記境界間に交互に効率良く行うために、P型熱電素子とN型熱電素子とからなる熱電変換素子の配列方向の上下面に、放熱板が各境界を交互に跨ぐように適宜配置することで行われる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one means of effective utilization of energy, there is a device that directly and mutually converts heat energy and electric energy by means of a thermoelectric conversion module having a thermoelectric effect such as the Seebeck effect or the Peltier effect.
As the thermoelectric conversion module, use of a so-called in-plane type thermoelectric conversion element is known. In the in-plane type, P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements are alternately provided in the in-plane direction of the substrate. It is configured by interposing and electrically connecting in series. Normally, in order to provide a temperature difference between the adjacent boundaries alternately and efficiently, heat sinks are provided on the upper and lower surfaces in the arrangement direction of the thermoelectric conversion elements composed of the P-type thermoelectric elements and the N-type thermoelectric elements at each boundary. It is performed by appropriately arranging so as to straddle alternately.

このような中、特許文献1には、インプレーン型の熱電変換モジュールに用いる熱電素子層に対する放熱層の配置に関する記載がされている。 Under such circumstances, Patent Literature 1 describes the arrangement of a heat dissipation layer with respect to a thermoelectric element layer used in an in-plane type thermoelectric conversion module.

国際公開第2018/179544号WO2018/179544

しかしながら、特許文献1には、1対のP型熱電素子層とN型熱電素子層とからなる配列方向の全幅に対し、放熱層が位置する割合、かつ配列方向の1対のP型熱電素子層とN型熱電素子層とからなる接合部(境界)に放熱層を対称に配置することが開示されているが、各熱電素子層の接合部(境界)に対し放熱層の位置ずれが発生することにより、上下面に対向して交互に配置された放熱層間において、各熱電素子層の厚さ方向に沿い互いに重なりが発生した際の熱電性能の低下の抑制については記載や示唆がない。 However, in Patent Document 1, the ratio of the heat dissipation layer to the entire width in the arrangement direction of the pair of P-type thermoelectric element layers and the N-type thermoelectric element layers, and the ratio of the position of the heat dissipation layer to the arrangement direction of the pair of P-type thermoelectric elements It is disclosed that the heat dissipation layer is symmetrically arranged at the junction (boundary) between the thermoelectric layer and the N-type thermoelectric element layer, but the heat dissipation layer is misaligned with respect to the junction (boundary) of each thermoelectric element layer. As a result, there is no description or suggestion about suppressing the deterioration of thermoelectric performance when the heat dissipation layers alternately arranged facing the upper and lower surfaces overlap each other along the thickness direction of each thermoelectric element layer.

本発明は、上記問題を鑑み、上下放熱板の重なりが抑制され、高い熱電性能が維持される熱電変換モジュールを提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion module in which overlapping of upper and lower heat sinks is suppressed and high thermoelectric performance is maintained.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、P型熱電素子層の配列方向における長さとN型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する、P型熱電素子層の配列方向における隣り合う第1の放熱板と第2の放熱板との間の配列方向における間隔の比、及び、P型熱電素子層の配列方向における長さとN型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する、N型熱電素子層の配列方向における隣り合う第2の放熱板と第1の放熱板との間の配列方向における間隔の比、をそれぞれ特定の値にすることにより、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[9]を提供するものである。
[1]P型熱電素子層とN型熱電素子層とが交互に且つ互いに接するように配列されてなり、従って前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との境界が、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との配列方向に間隔をおいて存在する熱電変換素子層と、前記熱電変換素子層の第1の表面側に、前記境界を跨ぐように設置されており、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層とを直列に接続している電極と、前記熱電変換素子層の前記第1の表面側に、前記境界及び前記電極を覆うように設置された第1の放熱板と、前記熱電変換素子層の前記第2の表面側に、前記境界を覆うように設置された第2の放熱板と、を有する熱電変換モジュールであって、
前記第1の放熱板及び前記第2の放熱板は、前記配列方向に間隔をおいて存在する前記境界に対し、前記配列方向の前記第1の表面側の前記境界、及び前記第2の表面側の前記境界に交互に覆うように設置されており、
前記P型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第1の放熱板と前記第2の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記N型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第2の放熱板と前記第1の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記P型熱電素子層の前記配列方向における長さをL、前記N型熱電素子層の前記配列方向における長さをLとすると、比D/(L+L)は0.005~0.300であり、比D/(L+L)は0.005~0.300である、熱電変換モジュール。
[2]前記第1の放熱板及び第2の放熱板が、それぞれ独立に、金属材料、セラミック材料、金属材料と樹脂との混合物、及びセラミック材料と樹脂との混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]に記載の熱電変換モジュール。
[3]前記第1の放熱板及び第2の放熱板の熱伝導率が、それぞれ独立に、5~500W/(m・K)である、上記[1]又は[2]に記載の熱電変換モジュール。
[4]前記第1の放熱板及び第2の放熱板の厚さが、それぞれ独立に、40~550μmである、上記[1]~[3]のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
[5]前記熱電変換素子層の第1の表面側と前記第1の放熱板との間にさらに第1の基板を含む、上記[1]~[4]のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
[6]前記第1の基板と前記第1の放熱板との間にさらに第1の被覆層を含む、上記[5]に記載の熱電変換モジュール。
[7]前記熱電変換素子層の第2の表面側と前記第2の放熱板との間にさらに第2の基板及び/又は第2の被覆層を含む、上記[1]~[6]のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
[8]前記比D/(L+L)は0.010~0.270であり、前記比D/(L+L)は0.010~0.270である、上記[1]~[7]のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
The present inventors have made intensive studies to solve the above problems, and as a result, the P-type thermoelectric element layer with respect to the sum of the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer and the length in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer The ratio of the spacing in the arrangement direction between the adjacent first heat sink and the second heat sink in the arrangement direction, and the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer and the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer By setting the ratio of the spacing in the arrangement direction between the second heat sink and the first heat sink adjacent in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer to the sum of the lengths to specific values, the above We have found that the problem can be solved, and have completed the present invention.
That is, the present invention provides the following [1] to [9].
[1] P-type thermoelectric element layers and N-type thermoelectric element layers are arranged alternately and in contact with each other. The thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer are arranged at intervals in the arrangement direction of the thermoelectric element layer and the first surface side of the thermoelectric conversion element layer so as to straddle the boundary. , an electrode connecting the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer in series; and a second heat sink disposed on the second surface side of the thermoelectric conversion element layer so as to cover the boundary, wherein
The first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate have the boundary on the first surface side in the arrangement direction and the second surface with respect to the boundary spaced apart in the arrangement direction. It is installed so as to alternately cover the border on the side,
D P is the interval in the arrangement direction between the first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate that are adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers, and D N is the interval in the arrangement direction between the adjacent second heat dissipation plate and the first heat dissipation plate, L P is the length of the P-type thermoelectric element layer in the arrangement direction, and the N-type thermoelectric element When the length of the layer in the arrangement direction is L N , the ratio D P /(L P +L N ) is 0.005 to 0.300, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.005 to Thermoelectric conversion module, which is 0.300.
[2] The first heat sink and the second heat sink are each independently at least selected from the group consisting of a metal material, a ceramic material, a mixture of a metal material and a resin, and a mixture of a ceramic material and a resin. The thermoelectric conversion module according to the above [1], which is one type.
[3] The thermoelectric conversion according to [1] or [2] above, wherein the thermal conductivity of the first heat sink and the second heat sink are each independently 5 to 500 W / (m K). module.
[4] The thermoelectric conversion module according to any one of [1] to [3] above, wherein the thicknesses of the first heat sink and the second heat sink are independently 40 to 550 μm.
[5] The thermoelectric conversion module according to any one of [1] to [4] above, further including a first substrate between the first surface side of the thermoelectric conversion element layer and the first heat sink. .
[6] The thermoelectric conversion module according to [5] above, further including a first coating layer between the first substrate and the first radiator plate.
[7] The above [1] to [6], further comprising a second substrate and/or a second coating layer between the second surface side of the thermoelectric conversion element layer and the second heat sink. The thermoelectric conversion module according to any one of the above.
[8] The ratio D P /(L P +L N ) is 0.010 to 0.270, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.010 to 0.270. ] The thermoelectric conversion module according to any one of [7].

本発明によれば、上下放熱板の重なりが抑制され、高い熱電性能が維持される熱電変換モジュールを提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a thermoelectric conversion module in which overlapping of upper and lower heat sinks is suppressed and high thermoelectric performance is maintained.

本発明の熱電変換モジュールの実施態様を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a thermoelectric conversion module of the present invention; FIG. 本発明の実施例に用いた熱電変換モジュールの断面図である。1 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module used in an example of the present invention; FIG. 本発明の実施例に用いたP型熱電素子層及びN型熱電素子層からなる熱電変換素子層と電極との位置関係の一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of the positional relationship between a thermoelectric conversion element layer composed of a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer and electrodes used in the examples of the present invention.

[熱電変換モジュール]
本発明の熱電変換モジュールは、P型熱電素子層とN型熱電素子層とが交互に且つ互いに接するように配列されてなり、従って前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との境界が、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との配列方向に間隔をおいて存在する熱電変換素子層と、前記熱電変換素子層の第1の表面側に、前記境界を跨ぐように設置されており、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層とを直列に接続している電極と、前記熱電変換素子層の前記第1の表面側に、前記境界及び前記電極を覆うように設置された第1の放熱板と、前記熱電変換素子層の前記第2の表面側に、前記境界を覆うように設置された第2の放熱板と、を有する熱電変換モジュールであって、
前記第1の放熱板及び前記第2の放熱板は、前記配列方向に間隔をおいて存在する前記境界に対し、前記配列方向の前記第1の表面側の前記境界、及び前記第2の表面側の前記境界に交互に覆うように設置されており、
より詳しくは、前記第1の放熱板及び前記第2の放熱板は、前記配列方向に間隔をおいて存在する前記境界を、前記配列方向の順番に交互に覆うように設置されており、
従って、各P型熱電素子層の前記配列方向における一端及び他端のうち、前記一端側を覆うように前記第1の放熱板が設置され且つ前記一端側には前記第2の放熱板は設置されておらず、前記他端側を覆うように前記第2の放熱板が設置され且つ前記他端側には前記第1の放熱板は設置されておらず、
各N型熱電素子層の前記配列方向における一端及び他端のうち、前記一端側を覆うように前記第2の放熱板が設置され且つ前記一端側には前記第1の放熱板は設置されておらず、前記他端側を覆うように前記第1の放熱板が設置され且つ前記他端側には前記第2の放熱板は設置されておらず、
前記P型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第1の放熱板と前記第2の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記N型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第2の放熱板と前記第1の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記P型熱電素子層の前記配列方向における長さをL、前記N型熱電素子層の前記配列方向における長さをLとすると、比D/(L+L)は0.005~0.300であり、比D/(L+L)は0.005~0.300であることを特徴としている。
本発明の熱電変換モジュールでは、P型熱電素子層の配列方向における長さとN型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する、P型熱電素子層の配列方向における隣り合う第1の放熱板と第2の放熱板との間の配列方向における間隔の比、及び、P型熱電素子層の配列方向における長さとN型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する、N型熱電素子層の配列方向における隣り合う第2の放熱板と第1の放熱板との間の配列方向における間隔の比、をそれぞれ上述した特定の値の範囲にすることにより、第1の放熱板と第2の放熱板の重なりによる面内方向に発生する温度差の低下を抑制し、高い熱電性能を維持できる。
[Thermoelectric conversion module]
In the thermoelectric conversion module of the present invention, the P-type thermoelectric element layers and the N-type thermoelectric element layers are arranged alternately and in contact with each other. is provided on the first surface side of the thermoelectric conversion element layer and the thermoelectric conversion element layer that are spaced apart in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer so as to straddle the boundary and an electrode connecting the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer in series, and the boundary and the electrode on the first surface side of the thermoelectric conversion element layer A thermoelectric conversion module comprising: a first heat sink installed to cover the thermoelectric conversion element layer; and a second heat sink installed to cover the boundary on the second surface side of the thermoelectric conversion element layer. hand,
The first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate have the boundary on the first surface side in the arrangement direction and the second surface with respect to the boundary spaced apart in the arrangement direction. It is installed so as to alternately cover the border on the side,
More specifically, the first heat sink and the second heat sink are arranged so as to alternately cover the boundaries spaced apart in the arrangement direction in order of the arrangement direction,
Therefore, the first heat radiation plate is installed so as to cover the one end side of the one end and the other end in the arrangement direction of each P-type thermoelectric element layer, and the second heat radiation plate is installed on the one end side. is not installed, the second heat sink is installed so as to cover the other end side, and the first heat sink is not installed on the other end side,
The second radiator plate is installed so as to cover the one end side of one end and the other end in the arrangement direction of each N-type thermoelectric element layer, and the first radiator plate is installed on the one end side. the first heat sink is installed so as to cover the other end side, and the second heat sink is not installed on the other end side;
D P is the interval in the arrangement direction between the first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate that are adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers, and D N is the interval in the arrangement direction between the adjacent second heat dissipation plate and the first heat dissipation plate, L P is the length of the P-type thermoelectric element layer in the arrangement direction, and the N-type thermoelectric element When the length of the layer in the arrangement direction is L N , the ratio D P /(L P +L N ) is 0.005 to 0.300, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.005 to It is characterized by being 0.300.
In the thermoelectric conversion module of the present invention, the first heat sinks adjacent in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers with respect to the sum of the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers and the length in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layers and the second heat sink in the arrangement direction, and the sum of the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer and the length in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer The first heat sink and the second It is possible to suppress the decrease in the temperature difference generated in the in-plane direction due to the overlapping of the heat sinks, and to maintain high thermoelectric performance.

本明細書において「熱電変換素子層」とは、P型熱電素子層とN型熱電素子層とからなる熱電素子層の配列体を意味する。また、P型熱電素子層、N型熱電素子層のそれぞれを単に、「熱電素子層」ということがある。
また、第1の放熱板及び第2の放熱板、第1の基板及び第2の基板、第1の被覆層及び第2の被覆層、をこの順に、単に「放熱板」、「基板」、「被覆層」ということがある。
In this specification, the term "thermoelectric conversion element layer" means an array of thermoelectric element layers composed of a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer. Further, each of the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer may be simply referred to as "thermoelectric element layer".
In addition, the first heat sink, the second heat sink, the first substrate, the second substrate, and the first coating layer and the second coating layer are simply referred to in this order as “heat sink”, “substrate”, It is sometimes called a "coating layer".

本発明の熱電変換モジュールを、図面を使用して説明する。 A thermoelectric conversion module of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の熱電変換モジュールの実施態様(基本構成)を示す断面図である。熱電変換モジュール1Aは、P型熱電素子層4とN型熱電素子層5とが面内方向に交互に且つ互いに接するように配列されており、P型熱電素子層4とN型熱電素子層5との境界6が、P型熱電素子層4とN型熱電素子層5との配列方向10に、間隔L又は間隔Lをおいて存在する熱電変換素子層7と、熱電変換素子層7の第1の表面側8に、境界6を跨ぐように設置されており、P型熱電素子層4とN型熱電素子層5とを電気的に直列に接続している電極3と、熱電変換素子層7の第1の表面側8に、境界6及び電極3を覆うように設置された第1の放熱板9と、熱電変換素子層7の第2の表面側8に、境界6を覆うように設置された第2の放熱板9と、を含む。
第1の放熱板9及び第2の放熱板9は配列方向10に間隔L又は間隔Lをおいて存在する境界6に対し、配列方向10の第1の表面側8の境界6、及び第2の表面側8の境界6に交互に覆うように設置されている。
ここで、Dは、各P型熱電素子層4の配列方向10における隣り合う第1の放熱板9と第2の放熱板9との間の配列方向10における間隔を示し、Dは、各N型熱電素子層5の配列方向10における隣り合う第2の放熱板9と第1の放熱板9との間の配列方向10における間隔を示し、Lは、P型熱電素子層4の配列方向10における長さを示し、Lは、N型熱電素子層5の配列方向10における長さを示す。また、Lは、第1の放熱板9の長さ、LALは第1の放熱板の境界6を始点とした配列方向10とは反対方向の長さ、LARは第1の放熱板9の境界9を始点とした配列方向10の長さ、Lは第2の放熱板9の長さ、LBLは第2の放熱板9の境界を始点とした配列方向10とは反対方向の長さ、LBRは第2の放熱板9の境界を始点とした配列方向10の長さを示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment (basic configuration) of the thermoelectric conversion module of the present invention. In the thermoelectric conversion module 1A, P-type thermoelectric element layers 4 and N-type thermoelectric element layers 5 are arranged alternately in the in-plane direction and in contact with each other. and a thermoelectric conversion element layer 7 in which a boundary 6 between the The electrode 3 which is installed so as to straddle the boundary 6 on the first surface side 8 A of the A and electrically connects the P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer 5 in series, and the thermoelectric On the first surface side 8A of the conversion element layer 7, a first heat sink 9A installed so as to cover the boundary 6 and the electrodes 3, and on the second surface side 8B of the thermoelectric conversion element layer 7, and a second heat sink 9 B installed to cover the boundary 6 .
The first heat sink 9 A and the second heat sink 9 B are located on the first surface side 8 A in the arrangement direction 10 with respect to the boundary 6 that exists with an interval L P or an interval L N in the arrangement direction 10 . 6, and the second surface side 8B so as to alternately cover the boundary 6.
Here, D P denotes the spacing in the arrangement direction 10 between the first heat sink 9 A and the second heat sink 9 B adjacent to each other in the arrangement direction 10 of each P-type thermoelectric element layer 4, and D N indicates the spacing in the arrangement direction 10 between the second heat sink 9B and the first heat sink 9A adjacent to each other in the arrangement direction 10 of each N-type thermoelectric element layer 5, and LP is the P-type thermoelectric The length in the arrangement direction 10 of the element layer 4 is indicated, and LN indicates the length in the arrangement direction 10 of the N-type thermoelectric element layer 5 . Also, L A is the length of the first heat sink 9A , L AL is the length in the direction opposite to the arrangement direction 10 starting from the boundary 6 of the first heat sink, and LAR is the first heat sink. The length of the arrangement direction 10 starting from the boundary 9 of the plate 9A , LB is the length of the second heat sink 9B , and LBL is the arrangement direction 10 starting from the boundary of the second heat sink 9B . , and LBR indicates the length in the arrangement direction 10 starting from the boundary of the second heat sink 9B .

図2は、本発明の実施例に用いた熱電変換モジュールの断面図である。熱電変換モジュール1Bは、図1における熱電変換モジュールの構成に加え、熱電変換素子層7(第2の表面側8)と第2の放熱板9との間に被覆層11Bを備え、さらに、熱電変換素子層7(第1の表面側8)と第1の放熱板9との間に基板2(ポリイミド基板2a)及び被覆層11を備えた構成としている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a thermoelectric conversion module used in Examples of the present invention. In addition to the configuration of the thermoelectric conversion module in FIG. 1, the thermoelectric conversion module 1B includes a coating layer 11B between the thermoelectric conversion element layer 7 (second surface side 8B ) and the second heat sink 9B , Further, a substrate 2 (polyimide substrate 2a) and a covering layer 11A are provided between the thermoelectric conversion element layer 7 (first surface side 8A ) and the first heat sink 9A.

本発明の熱電変換モジュールにおいて、P型熱電素子層の配列方向における隣り合う第1の放熱板と第2の放熱板との間の配列方向における間隔をD、N型熱電素子層の配列方向における隣り合う第2の放熱板と第1の放熱板との間の配列方向における間隔をD、P型熱電素子層の配列方向における長さをL、N型熱電素子層の配列方向における長さをLとしたときに、比D/(L+L)は0.005~0.300であり、比D/(L+L)は0.005~0.300である。
比D/(L+L)が0.005未満であると、P型熱電素子層の配列方向における隣り合う第1の放熱板と第2の放熱板との間の配列方向における間隔が小さくなる、又は第1の放熱板と第2の放熱板間の、P型熱電素子層の厚さ方向に沿う重なりが発生してしまうことから、温度差が当該厚さ方向に付与され易くなり、一方、配列方向に隣接する境界間には温度差が付与されにくくなる。
比D/(L+L)が0.300超であると、P型熱電素子層の配列方向における隣り合う第1の放熱板と第2の放熱板との間の配列方向における間隔が大きくなり過ぎることから、配列方向に隣接する境界間への温度差の付与が抑制され易くなる。
比D/(L+L)は好ましくは0.010~0.270であり、より好ましくは0.030~0.260であり、さらに好ましくは0.040~0.250である。
同様に、比D/(L+L)が0.005未満であると、N型熱電素子層の配列方向における隣り合う第2の放熱板と第1の放熱板との間の配列方向における間隔が小さくなる、又は第2の放熱板と第1の放熱板間の、N型熱電素子層の厚さ方向に沿う重なりが発生してしまうことから、温度差が当該厚さ方向に付与され易くなり、一方、配列方向に隣接する境界間には温度差が付与されにくくなる。
比D/(L+L)が0.300超であると、N型熱電素子層の配列方向における隣り合う第2の放熱板と第1の放熱板との間の配列方向における間隔が大きくなり過ぎることから、配列方向に隣接する境界間への温度差の付与が抑制され易くなる。
比D/(L+L)は好ましくは0.010~0.270であり、より好ましくは0.030~0.260であり、さらに好ましくは0.040~0.250である。
比D/(L+L)及び比D/(L+L)が上記の範囲にあると、熱電変換素子層の境界に対し放熱板の位置ずれが発生した場合でも、第1の放熱板と第2の放熱板間の、熱電変換素子層の厚さ方向に沿う重なりが発生することがなく、且つ熱電性能の低下を効果的に抑制する、又は維持することができる。
In the thermoelectric conversion module of the present invention, the distance in the arrangement direction between the first heat sink and the second heat sink adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers is D P , and the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layers is D N is the interval in the arrangement direction between the adjacent second heat sink and the first heat sink in the arrangement direction, L P is the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer, and L P is the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer When the length is L N , the ratio D P /(L P +L N ) is 0.005 to 0.300, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.005 to 0.300. be.
When the ratio D P /(L P +L N ) is less than 0.005, the spacing in the arrangement direction between the first heat sink and the second heat sink adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers is or overlap along the thickness direction of the P-type thermoelectric element layer between the first heat sink and the second heat sink. On the other hand, a temperature difference is less likely to be applied between boundaries adjacent to each other in the arrangement direction.
When the ratio D P /(L P +L N ) is more than 0.300, the spacing in the arrangement direction between the first heat sink and the second heat sink adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers is Since it becomes too large, it becomes easy to suppress the application of a temperature difference between the boundaries adjacent to each other in the arrangement direction.
The ratio D P /(L P +L N ) is preferably 0.010 to 0.270, more preferably 0.030 to 0.260, still more preferably 0.040 to 0.250.
Similarly, when the ratio D N /(L P +L N ) is less than 0.005, the arrangement direction between the adjacent second heat sink and first heat sink in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layers , or the overlap along the thickness direction of the N-type thermoelectric element layer between the second heat sink and the first heat sink occurs, so the temperature difference is given in the thickness direction On the other hand, a temperature difference is less likely to be applied between boundaries adjacent to each other in the arrangement direction.
When the ratio D N /(L P +L N ) is more than 0.300, the spacing in the arrangement direction between the second heat sink and the first heat sink adjacent to each other in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layers is Since it becomes too large, it becomes easy to suppress the application of a temperature difference between the boundaries adjacent to each other in the arrangement direction.
The ratio D N /(L P +L N ) is preferably 0.010 to 0.270, more preferably 0.030 to 0.260, still more preferably 0.040 to 0.250.
When the ratio D P /(L P +L N ) and the ratio D N /(L P +L N ) are within the above ranges, even if the heat sink is misaligned with respect to the boundary of the thermoelectric conversion element layer, the first There is no overlap along the thickness direction of the thermoelectric conversion element layer between the heat sink and the second heat sink, and the deterioration of the thermoelectric performance can be effectively suppressed or maintained.

<放熱板>
本発明の熱電変換モジュールは、第1の放熱板及び第2の放熱板を含む。本発明に用いる第1の放熱板及び第2の放熱板は、P型熱電素子層とN型熱電素子層からなる熱電変換素子層の配列方向の隣接する境界間に交互に効率良く温度差を付与することができる。
<Heat sink>
A thermoelectric conversion module of the present invention includes a first heat sink and a second heat sink. The first heat sink and the second heat sink used in the present invention alternately and efficiently generate a temperature difference between adjacent boundaries in the arrangement direction of the thermoelectric conversion element layers composed of the P-type thermoelectric element layers and the N-type thermoelectric element layers. can be given.

本発明に用いる放熱板は、熱電性能の観点から高熱伝導性材料を用い形成されることが好ましい。放熱板を形成する方法としては、特に制限されないが、シート状の高熱伝導性材料を、事前にフォトリソグラフィー法を主体とした公知の物理的処理もしくは化学的処理、又はそれらを併用する等により、所定のパターン形状に加工する方法が挙げられる。 The radiator plate used in the present invention is preferably formed using a high thermal conductivity material from the viewpoint of thermoelectric performance. The method of forming the heat sink is not particularly limited, but a sheet-like high thermal conductivity material is subjected to known physical or chemical treatments in advance mainly by photolithography, or by using them in combination. A method of processing into a predetermined pattern shape can be mentioned.

第1の放熱板及び第2の放熱板の材料としては、金属材料、セラミック材料、炭素繊維等の炭素系材料、又は、これらの材料と樹脂との混合物が挙げられる。この中で、第1の放熱板及び第2の放熱板は、それぞれ独立に、金属材料、セラミック材料、金属材料と樹脂との混合物、及びセラミック材料と樹脂との混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、金属材料及びセラミック材料からなる群から選ばれる少なくとも一種であることがさらに好ましい。
金属材料としては、金、銀、銅、ニッケル、スズ、鉄、クロム、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、インジウム、亜鉛、モリブデン、マンガン、チタン、アルミニウム等の単金属、ステンレス、真鍮(黄銅)等のような2種以上の金属を含む合金等が挙げられる。
セラミック材料としては、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
この中で、高熱伝導率、加工性、屈曲性の観点から、金属材料が好ましい。金属材料の中で、好ましくは銅(無酸素銅含む)、ステンレスであり、熱伝導率が高く、加工性がさらに容易であることから、銅がより好ましい。
樹脂としては、特に制限されないが、樹脂フィルム等が挙げられる。
樹脂フィルムに使用される樹脂としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ナイロン、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー、芳香族系重合体等が挙げられる。
これらの中で、ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアリレート等が挙げられる。シクロオレフィン系ポリマーとしては、ノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィン系重合体、環状共役ジエン系重合体、ビニル脂環式炭化水素重合体、及びこれらの水素化物が挙げられる。
樹脂フィルムに使用される樹脂の中で、コスト、耐熱性の観点から、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ナイロンが好ましい。
また、樹脂には弾性率の制御、熱伝導率の制御の観点からフィラーが含まれていてもよい。
樹脂フィルムに添加されるフィラーとしては、酸化マグネシウム、無水炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミ、酸化ケイ素等挙げられる。この中で、弾性率制御、熱伝導率等の観点から酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミ、酸化ケイ素が好ましい。
Materials for the first heat sink and the second heat sink include metal materials, ceramic materials, carbon-based materials such as carbon fibers, and mixtures of these materials and resins. Among these, the first heat sink and the second heat sink are each independently selected from at least the group consisting of a metal material, a ceramic material, a mixture of a metal material and a resin, and a mixture of a ceramic material and a resin. One kind is preferable, and at least one kind selected from the group consisting of metal materials and ceramic materials is more preferable.
Metal materials include single metals such as gold, silver, copper, nickel, tin, iron, chromium, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium, indium, zinc, molybdenum, manganese, titanium, aluminum, stainless steel, and brass. alloys containing two or more metals such as (brass).
Ceramic materials include barium titanate, aluminum nitride, boron nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, and the like.
Among these, metal materials are preferable from the viewpoint of high thermal conductivity, workability, and flexibility. Among metal materials, copper (including oxygen-free copper) and stainless steel are preferred, and copper is more preferred because of its high thermal conductivity and easy workability.
Examples of the resin include, but are not limited to, resin films.
Resins used for resin films include polyimide, polyamide, polyamideimide, polyphenylene ether, polyetherketone, polyetheretherketone, polyolefin, polyester, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, nylon, Examples include acrylic resins, cycloolefin polymers, and aromatic polymers.
Among these, polyesters include polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polyarylates, and the like. Cycloolefin polymers include norbornene polymers, monocyclic cyclic olefin polymers, cyclic conjugated diene polymers, vinyl alicyclic hydrocarbon polymers, and hydrides thereof.
Among resins used for resin films, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and nylon are preferable from the viewpoint of cost and heat resistance.
Moreover, the resin may contain a filler from the viewpoint of controlling the modulus of elasticity and controlling the thermal conductivity.
Fillers added to the resin film include magnesium oxide, anhydrous magnesium carbonate, magnesium hydroxide, aluminum oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon oxide and the like. Among these, aluminum oxide, boron nitride, aluminum nitride, and silicon oxide are preferable from the viewpoint of elastic modulus control, thermal conductivity, and the like.

ここで、本発明に用いられる高熱伝導率を有する金属材料の代表的なものを以下に示す。
・無酸素銅
無酸素銅(OFC:Oxygen-Free Copper)とは、一般的に酸化物を含まない99.95%(3N)以上の高純度銅のことを指す。日本工業規格では、無酸素銅(JIS H 3100, C1020)および電子管用無酸素銅(JIS H 3510, C1011)が規定されている。
・ステンレス(JIS)
SUS304:18Cr-8Ni(18%のCrと8%のNiを含む)
SUS316:18Cr-12Ni(18%のCrと12%のNiとモリブデン(Mo)とを含むステンレス鋼)
Here, representative metal materials having high thermal conductivity used in the present invention are shown below.
Oxygen-free copper Oxygen-free copper (OFC) generally refers to high-purity copper of 99.95% (3N) or higher that does not contain oxides. The Japanese Industrial Standards define oxygen-free copper (JIS H 3100, C1020) and oxygen-free copper for electron tubes (JIS H 3510, C1011).
・Stainless steel (JIS)
SUS304: 18Cr-8Ni (containing 18% Cr and 8% Ni)
SUS316: 18Cr-12Ni (stainless steel containing 18% Cr, 12% Ni and molybdenum (Mo))

放熱板の熱伝導率は好ましくは、5~500W/(m・K)であり、より好ましくは、12~450W/(m・K)であり、さらに好ましくは15~420W/(m・K)である。放熱板の熱伝導率が上記の範囲にあると、効率よく温度差を付与することができる。 The thermal conductivity of the heat sink is preferably 5 to 500 W/(m·K), more preferably 12 to 450 W/(m·K), still more preferably 15 to 420 W/(m·K). is. When the thermal conductivity of the radiator plate is within the above range, it is possible to efficiently impart a temperature difference.

放熱板の厚さは、40~550μmが好ましく、60~530μmがより好ましく、80~510μmがさらに好ましい。放熱板の厚さがこの範囲であれば、熱を特定の方向に選択的に放熱することができる。 The thickness of the radiator plate is preferably 40 to 550 μm, more preferably 60 to 530 μm, even more preferably 80 to 510 μm. If the thickness of the radiator plate is within this range, heat can be selectively radiated in a specific direction.

本発明の熱電変換モジュールにおいて、前記熱電変換素子層の第1の表面側と前記第1の放熱板との間に第1の基板を含むことが好ましい。
また、前記第1の基板と前記第1の放熱板との間に第1の被覆層を含むことが好ましい。
さらに、前記熱電変換素子層の第2の表面側と前記第2の放熱板との間に第2の基板及び/又は第2の被覆層を含むことが好ましい。
The thermoelectric conversion module of the present invention preferably includes a first substrate between the first surface side of the thermoelectric conversion element layer and the first radiator plate.
Moreover, it is preferable to include a first coating layer between the first substrate and the first heat sink.
Furthermore, it is preferable to include a second substrate and/or a second coating layer between the second surface side of the thermoelectric conversion element layer and the second heat sink.

<基板>
本発明に用いる第1の基板及び第2の基板は、特に制限されず、同じ材料であっても異なる材料であってもよい。屈曲性に優れ、後述する熱電半導体組成物からなる塗布膜(薄膜)を焼成(アニール)処理した場合でも、熱変形することなく、熱電変換素子層の性能を維持することができ、耐熱性及び寸法安定性が高いという点から、ポリイミドフィルム、ポリアミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリアラミドフィルム、ポリアミドイミドフィルムが好ましく、さらに、汎用性が高いという点から、ポリイミドフィルムが特に好ましい。
<Substrate>
The first substrate and the second substrate used in the present invention are not particularly limited, and may be made of the same material or different materials. It has excellent flexibility and can maintain the performance of the thermoelectric conversion element layer without thermal deformation even when a coating film (thin film) made of the thermoelectric semiconductor composition described later is baked (annealed). Polyimide films, polyamide films, polyetherimide films, polyaramid films, and polyamideimide films are preferred from the viewpoint of high dimensional stability, and polyimide films are particularly preferred from the viewpoint of high versatility.

第1の基板及び第2の基板の厚さは、屈曲性、耐熱性及び寸法安定性の観点から、それぞれ独立に、好ましくは1~1000μm、より好ましくは5~500μm、特に好ましくは10~100μmである。
また、上記第1の基板及び第2の基板における、熱重量分析(TG)で測定される5%質量減少温度は、好ましくは300℃以上、より好ましくは400℃以上である。JIS K7133(1999)に準拠して200℃で測定した加熱寸法変化率は、好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.3%以下である。JIS K7197(2012)に準拠して測定した平面方向の線膨脹係数は、好ましくは0.1~50ppm・℃-1、より好ましくは0.1~30ppm・℃-1である。
The thicknesses of the first substrate and the second substrate are each independently preferably 1 to 1000 μm, more preferably 5 to 500 μm, particularly preferably 10 to 100 μm, from the viewpoint of flexibility, heat resistance and dimensional stability. is.
The 5% mass loss temperature measured by thermogravimetric analysis (TG) of the first substrate and the second substrate is preferably 300° C. or higher, more preferably 400° C. or higher. The heat dimensional change rate measured at 200° C. in accordance with JIS K7133 (1999) is preferably 0.5% or less, more preferably 0.3% or less. The coefficient of linear expansion in the plane direction measured according to JIS K7197 (2012) is preferably 0.1 to 50 ppm·°C -1 , more preferably 0.1 to 30 ppm·°C -1 .

<被覆層>
本発明に用いる第1の被覆層及び第2の被覆層は、特に制限されず、同じ仕様の層であっても異なる仕様の層であってもよく、例えば、封止層、ガスバリア層等が挙げられる。
<Coating layer>
The first coating layer and the second coating layer used in the present invention are not particularly limited, and may be layers with the same specifications or layers with different specifications. For example, a sealing layer, a gas barrier layer, etc. mentioned.

〈封止層〉
本発明の熱電変換モジュールは、被覆層として封止層を含んでいてもよい。封止層は、大気中の水蒸気の透過を効果的に抑制することができる機能を有する。また、用いる封止剤が粘接着性を有するときは、接着剤としても機能する。
封止層は、熱電変換素子層上に直接、または基板を介して積層されていてもよいし、後述するガスバリア層を介し積層されていてもよい。
<Sealing layer>
The thermoelectric conversion module of the present invention may contain a sealing layer as a coating layer. The sealing layer has a function of effectively suppressing permeation of water vapor in the atmosphere. Moreover, when the sealant to be used has tackiness, it also functions as an adhesive.
The sealing layer may be laminated directly on the thermoelectric conversion element layer or via a substrate, or may be laminated via a gas barrier layer which will be described later.

本発明に用いる封止層を構成する主成分は、ポリオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、又はアクリル系樹脂であることが好ましい。
また、封止層が粘接着性を有する封止剤(以下、「封止剤組成物」ということがある。)からなることが好ましい。本明細書において、粘接着性を有するとは、封止剤が、粘着性、接着性、貼り付ける常態において粘着性を有し、その後エネルギーの付加により接着し硬化することを意味する。封止層を用いることで容易に熱電変換素子層に積層することができる。また、前記放熱板、前記基板、後述するガスバリア層等への貼付も容易となる。
The main component constituting the sealing layer used in the present invention is preferably polyolefin resin, epoxy resin, or acrylic resin.
Moreover, it is preferable that the sealing layer is made of a sealing agent having tackiness (hereinafter sometimes referred to as a "sealing agent composition"). In the present specification, having tackiness means that the sealant has tackiness, adhesiveness, and tackiness in the normal state of attachment, and then adheres and cures upon application of energy. By using the sealing layer, it can be easily laminated on the thermoelectric conversion element layer. In addition, it becomes easy to attach to the radiator plate, the substrate, the gas barrier layer described later, and the like.

ポリオレフィン系樹脂としては、特に限定されないが、カルボン酸系官能基を有するジエン系ゴム(以下、「ジエン系ゴム」ということがある。)、又は、カルボン酸系官能基を有するジエン系ゴム及びカルボン酸系官能基を有しないゴム系重合体(以下、「ゴム系重合体」ということがある。)が挙げられる。 Although the polyolefin resin is not particularly limited, it may be a diene rubber having a carboxylic acid functional group (hereinafter sometimes referred to as "diene rubber"), or a diene rubber and carboxylic acid functional group having a carboxylic acid functional group. Examples thereof include rubber-based polymers having no acid-based functional group (hereinafter sometimes referred to as "rubber-based polymer").

ジエン系ゴムは、主鎖末端及び/又は側鎖にカルボン酸系官能基を有する重合体で構成されるジエン系ゴムである。ここで、「カルボン酸系官能基」とは、「カルボキシル基またはカルボン酸無水物基」をいう。また、「ジエン系ゴム」とは、「ポリマー主鎖に二重結合を有するゴム状高分子」をいう。
ジエン系ゴムは、カルボン酸系官能基を有するジエン系ゴムであれば、特に限定されない。
ジエン系ゴムとしては、カルボン酸系官能基含有ポリブタジエン系ゴム、カルボン酸系官能基含有ポリイソプレン系ゴム、カルボン酸系官能基を含有するブタジエンとイソプレンの共重合体ゴム、カルボン酸系官能基を含有するブタジエンとn-ブテンの共重ゴム等が挙げられる。これらの中でも、ジエン系ゴムとしては、架橋後に十分に高い凝集力を有する封止層を効率よく形成し得るという観点から、カルボン酸系官能基含有ポリイソプレン系ゴムが好ましい。
ジエン系ゴムは、1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
ジエン系ゴム、例えば、カルボキシル基を有する単量体を用いて共重合反応を行う方法や、特開2009-29976号公報に記載される、ポリブタジエン等の重合体に無水マレイン酸を付加させる方法により、得ることができる。
A diene rubber is a diene rubber composed of a polymer having a carboxylic acid functional group at the main chain terminal and/or side chain. Here, the term "carboxylic acid-based functional group" means "a carboxyl group or a carboxylic acid anhydride group". The term "diene rubber" means "a rubber-like polymer having a double bond in the main chain of the polymer".
The diene rubber is not particularly limited as long as it has a carboxylic acid functional group.
Examples of diene rubber include polybutadiene rubber containing carboxylic acid functional groups, polyisoprene rubber containing carboxylic acid functional groups, copolymer rubber of butadiene and isoprene containing carboxylic acid functional groups, and carboxylic acid functional groups. Copolymer rubber of contained butadiene and n-butene and the like can be mentioned. Among these, polyisoprene-based rubbers containing carboxylic acid functional groups are preferable as the diene-based rubber from the viewpoint of being able to efficiently form a sealing layer having sufficiently high cohesion after cross-linking.
The diene rubber can be used alone or in combination of two or more.
A method of performing a copolymerization reaction using a diene rubber, for example, a monomer having a carboxyl group, or a method of adding maleic anhydride to a polymer such as polybutadiene, which is described in JP-A-2009-29976. ,Obtainable.

ジエン系ゴムの含有量は、封止剤組成物中、好ましくは0.5~95.5質量%、より好ましくは、1.0~50質量%、さらに好ましくは2.0~20質量%である。ジエン系ゴムの含有量が、封止剤組成物中、0.5質量%以上であることで、十分な凝集力を有する封止層を効率よく形成することができる。また、ジエン系ゴムの含有量を高くし過ぎないことで、十分な粘着力を有する封止層を効率よく形成することができる。 The content of the diene rubber in the sealant composition is preferably 0.5 to 95.5% by mass, more preferably 1.0 to 50% by mass, still more preferably 2.0 to 20% by mass. be. When the content of the diene rubber is 0.5% by mass or more in the sealant composition, a sealing layer having sufficient cohesion can be efficiently formed. Also, by not increasing the content of the diene rubber too much, a sealing layer having sufficient adhesive strength can be efficiently formed.

本発明に用いる架橋剤は、ジエン系ゴムのカルボン酸系官能基と反応し、架橋構造を形成し得る化合物である。
架橋剤としては、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、アジリジン系架橋剤、金属キレート系架橋剤等が挙げられる。
The cross-linking agent used in the present invention is a compound capable of forming a cross-linked structure by reacting with the carboxylic acid functional group of the diene rubber.
Examples of cross-linking agents include isocyanate-based cross-linking agents, epoxy-based cross-linking agents, aziridine-based cross-linking agents, and metal chelate-based cross-linking agents.

ゴム系重合体は、「25℃においてゴム弾性を示す樹脂」をいう。ゴム系重合体は、ポリメチレンタイプの飽和主鎖をもつゴムや主鎖に不飽和炭素結合をもつゴムであることが好ましい。
このようなゴム系重合体としては、具体的には、イソブチレンの単独重合体(ポリイソブチレン、IM)、イソブチレンとn-ブテンの共重合体、天然ゴム(NR)、ブタジエンの単独重合体(ブタジエンゴム、BR)、クロロプレンの単独重合体(クロロプレンゴム、CR)、イソプレンの単独重合体(イソプレンゴム、IR)、イソブチレンとブタジエンの共重合体、イソブチレンとイソプレンの共重合体(ブチルゴム、IIR)、ハロゲン化ブチルゴム、スチレンと1,3-ブタジエンの共重合体(スチレンブタジエンゴム、SBR)、アクリロニトリルと1,3-ブタジエンの共重合体(ニトリルゴム)、スチレン-1,3-ブタジエン-スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体(SIS)、エチレン-プロピレン-非共役ジエン三元共重合体等が挙げられる。これらの中で、それ自体が水分遮断性に優れるとともに、ジエン系ゴム(A)と混ざり易く、均一な封止層を形成し易いという観点から、イソブチレンの単独重合体、イソブチレンとn-ブテンの共重合体、イソブチレンとブタジエンの共重合体、イソブチレンとイソプレンの共重合体等のイソブチレン系重合体が好ましく、イソブチレンとイソプレンの共重合体がより好ましい。
ゴム系重合体を配合する場合、その含有量は、封止剤組成物中、好ましくは0.1質量%~99.5質量%、より好ましくは10~99.5質量%、さらに好ましくは50~99.0質量%、特に好ましくは80~98.0質量%である。
A rubber-based polymer refers to a "resin exhibiting rubber elasticity at 25°C". The rubber-based polymer is preferably a polymethylene type rubber having a saturated main chain or a rubber having an unsaturated carbon bond in the main chain.
Specific examples of such rubber-based polymers include homopolymers of isobutylene (polyisobutylene, IM), copolymers of isobutylene and n-butene, natural rubber (NR), homopolymers of butadiene (butadiene rubber, BR), homopolymer of chloroprene (chloroprene rubber, CR), homopolymer of isoprene (isoprene rubber, IR), copolymer of isobutylene and butadiene, copolymer of isobutylene and isoprene (butyl rubber, IIR), Halogenated butyl rubber, copolymer of styrene and 1,3-butadiene (styrene-butadiene rubber, SBR), copolymer of acrylonitrile and 1,3-butadiene (nitrile rubber), styrene-1,3-butadiene-styrene block copolymer polymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), ethylene-propylene-nonconjugated diene terpolymer and the like. Among these, isobutylene homopolymer, isobutylene and n-butene are preferred from the viewpoint that they themselves have excellent moisture blocking properties, are easily mixed with the diene rubber (A), and easily form a uniform sealing layer. Isobutylene-based polymers such as copolymers, isobutylene/butadiene copolymers, and isobutylene/isoprene copolymers are preferred, and isobutylene/isoprene copolymers are more preferred.
When a rubber polymer is blended, its content in the sealant composition is preferably 0.1% by mass to 99.5% by mass, more preferably 10% to 99.5% by mass, and still more preferably 50% by mass. ~99.0% by mass, particularly preferably 80 to 98.0% by mass.

エポキシ系樹脂としては、特に制限されないが、分子内に少なくともエポキシ基を2つ以上有する多官能エポキシ化合物が好ましい。
エポキシ基を2つ以上有するエポキシ化合物としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ノボラック型エポキシ樹脂(例えば、フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾール・ノボラック型エポキシ樹脂、臭素化フェノール・ノボラック型エポキシ樹脂)、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、2,2-ビス(3-グリシジル-4-グリシジルオキシフェニル)プロパン、ジメチロールトリシクロデカンジグリシジルエーテル等が挙げられる。
これらの多官能エポキシ化合物は、1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
多官能エポキシ化合物の分子量の下限は、好ましくは700以上、より好ましくは1,200以上である。多官能エポキシ化合物の分子量の上限は、好ましくは5,000以下、より好ましくは4,500以下である。
多官能エポキシ化合物のエポキシ当量は、好ましくは100g/eq以上500g/eq以下、より好ましくは150g/eq以上300g/eq以下である。
Although the epoxy resin is not particularly limited, polyfunctional epoxy compounds having at least two epoxy groups in the molecule are preferred.
Examples of epoxy compounds having two or more epoxy groups include bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, brominated bisphenol A diglycidyl ether, brominated bisphenol F diglycidyl ether, and brominated bisphenol S. Diglycidyl ether, novolac type epoxy resin (e.g., phenol/novolac type epoxy resin, cresol/novolac type epoxy resin, brominated phenol/novolak type epoxy resin), hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol F diglycidyl ether , hydrogenated bisphenol S diglycidyl ether, pentaerythritol polyglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, hexahydrophthalic acid diglycidyl ester, neopentyl glycol diglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, 2,2 -bis(3-glycidyl-4-glycidyloxyphenyl)propane, dimethyloltricyclodecane diglycidyl ether and the like.
These polyfunctional epoxy compounds can be used singly or in combination of two or more.
The lower limit of the molecular weight of the polyfunctional epoxy compound is preferably 700 or more, more preferably 1,200 or more. The upper limit of the molecular weight of the polyfunctional epoxy compound is preferably 5,000 or less, more preferably 4,500 or less.
The epoxy equivalent of the polyfunctional epoxy compound is preferably 100 g/eq or more and 500 g/eq or less, more preferably 150 g/eq or more and 300 g/eq or less.

封止剤組成物中のエポキシ系樹脂の含有量は、好ましくは10~50質量%、さらに好ましくは10~40質量%である。 The content of the epoxy resin in the sealant composition is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass.

アクリル系樹脂としては、特に制限はないが、(メタ)アクリル酸エステル系共重合体が好ましい。
この(メタ)アクリル酸エステル系共重合体としては、エステル部分のアルキル基の炭素数が1~18の(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、必要に応じて用いられる架橋性官能基含有エチレン性単量体や他の単量体との共重合体を好ましく挙げることができる。エステル部分のアルキル基の炭素数が1~18の(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、n-ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、n-ヘキシルアクリレートn-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルアクリレート、ステアリルメタクリレート等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
必要に応じて用いられる架橋性官能基含有エチレン性単量体は、例えばヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基、置換アミノ基、エポキシ基等の官能基を分子内に有するエチレン性単量体であり、好ましくはヒドロキシ基含有エチレン性不飽和化合物、カルボキシル基含有エチレン性不飽和化合物が用いられる。このような架橋性官能基含有エチレン性単量体の具体的な例としては、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレート等のヒドロキシ基含有(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸等のカルボキシル基含有エチレン性不飽和化合物が挙げられる。上記の架橋性官能基含有エチレン性単量体は、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
必要に応じて用いられる他の単量体としては、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレートなどの脂環式構造を有する(メタ)アクリル酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類;エチレン、プロピレン、イソブチレンなどのオレフィン類;塩化ビニル、ビニリデンクロリドなどのハロゲン化オレフィン類;スチレン、α-メチルスチレンなどのスチレン系単量体;ブタジエン、イソプレン、クロロプレンなどのジエン系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのニトリル系単量体;N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミドなどのN,N-ジアルキル置換アクリルアミド類などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
以上の(メタ)アクリル酸エステル、及び必要に応じて用いられる架橋性官能基含有エチレン性単量体や他の単量体を、それぞれ所定の割合で用い、従来公知の方法を用いて共重合を行い、重量平均分子量が、好ましくは30万~150万程度、より好ましくは35万~130万程度の(メタ)アクリル酸エステル系重合体を製造する。
なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定した標準ポリスチレン換算の値である。
必要に応じて用いられる架橋剤としては、従来アクリル系樹脂において架橋剤として慣用されているものの中から、任意のものを適宜選択して用いることができる。このような架橋剤としては、例えばポリイソシアネート化合物、エポキシ化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、ジアルデヒド類、メチロールポリマー、アジリジン系化合物、金属キレート化合物、金属アルコキシド、金属塩などが挙げられるが、前記(メタ)アクリル酸エステル系共重合体が、架橋性官能基としてヒドロキシ基を有する場合には、ポリイソシアネート化合物が好ましく、一方カルボキシル基を有する場合には、金属キレート化合物やエポキシ化合物が好ましい。
The acrylic resin is not particularly limited, but a (meth)acrylic acid ester copolymer is preferable.
The (meth)acrylic acid ester-based copolymer includes a (meth)acrylic acid alkyl ester having 1 to 18 carbon atoms in the alkyl group of the ester portion, and a crosslinkable functional group-containing ethylenic unit that is used as necessary. Polymers and copolymers with other monomers are preferred. (Meth)acrylic acid alkyl esters in which the alkyl group in the ester portion has 1 to 18 carbon atoms include methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, isopropyl acrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl Acrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl acrylate, isobutyl methacrylate, n-hexyl acrylate n-hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, lauryl acrylate, lauryl methacrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
The crosslinkable functional group-containing ethylenic monomer used as necessary is an ethylenic monomer having a functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, a substituted amino group, an epoxy group, etc. in the molecule. A hydroxyl group-containing ethylenically unsaturated compound and a carboxyl group-containing ethylenically unsaturated compound are preferably used. Specific examples of such crosslinkable functional group-containing ethylenic monomers include 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, and 2-hydroxybutyl acrylate. , hydroxy group-containing (meth)acrylates such as 2-hydroxybutyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, carboxyl group-containing such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, itaconic acid, citraconic acid Examples include ethylenically unsaturated compounds. The crosslinkable functional group-containing ethylenic monomers may be used singly or in combination of two or more.
Other monomers used as necessary include (meth)acrylic acid esters having an alicyclic structure such as cyclohexyl acrylate and isobornyl acrylate; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; Olefins such as propylene and isobutylene; Halogenated olefins such as vinyl chloride and vinylidene chloride; Styrenic monomers such as styrene and α-methylstyrene; Diene monomers such as butadiene, isoprene and chloroprene; Nitrile-based monomers such as ronitrile; N,N-dialkyl-substituted acrylamides such as N,N-dimethylacrylamide and N,N-dimethylmethacrylamide; These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
The above (meth) acrylic acid ester, and the crosslinkable functional group-containing ethylenic monomer and other monomers used as necessary are used in predetermined proportions, respectively, and are copolymerized using a conventionally known method. to produce a (meth)acrylate polymer having a weight average molecular weight of preferably about 300,000 to 1,500,000, more preferably about 350,000 to 1,300,000.
In addition, the said weight average molecular weight is a value of standard polystyrene conversion measured by the gel permeation chromatography (GPC) method.
As the cross-linking agent used as necessary, any one can be appropriately selected and used from those conventionally used as cross-linking agents in acrylic resins. Examples of such cross-linking agents include polyisocyanate compounds, epoxy compounds, melamine resins, urea resins, dialdehydes, methylol polymers, aziridine compounds, metal chelate compounds, metal alkoxides, and metal salts. When the meth)acrylic acid ester copolymer has a hydroxyl group as a crosslinkable functional group, a polyisocyanate compound is preferable, and when it has a carboxyl group, a metal chelate compound or an epoxy compound is preferable.

封止剤組成物中のアクリル系樹脂の含有量は、好ましくは30~95質量%、さらに好ましくは40~90質量%である。 The content of the acrylic resin in the sealant composition is preferably 30 to 95% by mass, more preferably 40 to 90% by mass.

封止層を構成する封止剤には、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の成分が含まれていてもよい。封止剤に含まれ得るその他の成分としては、例えば、高熱伝導性材料、難燃剤、粘着付与剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、可塑剤、消泡剤、及び濡れ性調整剤などが挙げられる。 The encapsulant constituting the encapsulating layer may contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired. Other components that can be contained in the sealant include, for example, high thermal conductivity materials, flame retardants, tackifiers, ultraviolet absorbers, antioxidants, preservatives, antifungal agents, plasticizers, antifoaming agents, and wettability modifiers and the like.

封止層は、1層であっても2層以上積層されていてもよい。また、2層以上積層される場合は、それらが同じであっても異なっていてもよい。
封止層の厚さは、好ましくは0.5~100μm、より好ましくは3~50μm、さらに好ましくは5~30μmである。この範囲であれば、熱電変換モジュールの前記熱電変換素子層の第1の面側及び/又は第2の面側に積層した場合、水蒸気透過率を抑制することができ、熱電変換モジュールの耐久性が向上する。
さらに、前述したように、熱電変換素子層と、封止層とが直接接することが好ましい。熱電変換素子層と、封止層とが直接接することにより、熱電変換素子層と封止層との間に大気中の水蒸気が直接存在することがないため、熱電変換素子層の水蒸気への侵入が抑制され、封止層の封止性が向上する。
The sealing layer may be a single layer or a laminate of two or more layers. Moreover, when two or more layers are laminated, they may be the same or different.
The thickness of the sealing layer is preferably 0.5 to 100 μm, more preferably 3 to 50 μm, still more preferably 5 to 30 μm. Within this range, when laminated on the first surface side and/or the second surface side of the thermoelectric conversion element layer of the thermoelectric conversion module, the water vapor transmission rate can be suppressed, and the durability of the thermoelectric conversion module can be improved. improves.
Furthermore, as described above, it is preferable that the thermoelectric conversion element layer and the sealing layer are in direct contact. Since the thermoelectric conversion element layer and the sealing layer are in direct contact with each other, water vapor in the air does not directly exist between the thermoelectric conversion element layer and the sealing layer. is suppressed, and the sealing property of the sealing layer is improved.

〈ガスバリア層〉
本発明の熱電変換モジュールは、被覆層としてさらにガスバリア層を含んでいてもよい。ガスバリア層は、大気中の水蒸気の透過を効果的に抑制することができる。
<Gas barrier layer>
The thermoelectric conversion module of the present invention may further contain a gas barrier layer as a coating layer. The gas barrier layer can effectively suppress permeation of atmospheric water vapor.

ガスバリア層は、熱電変換素子層上に直接積層されていてもよいし、基材上に後述する主成分を含む層から構成され、そのいずれかの面が熱電変換素子層上に直接積層されてもよいし、封止層、基板等を介し積層されていてもよい。
本発明に用いるガスバリア層は、金属、無機化合物、及び高分子化合物からなる群から選ばれる一種以上を主成分とする。ガスバリア層によって、熱電変換モジュールの耐久性を向上させることができる。
The gas barrier layer may be directly laminated on the thermoelectric conversion element layer, or may be composed of a layer containing the main component described later on the base material, and any surface thereof may be directly laminated on the thermoelectric conversion element layer. Alternatively, they may be laminated via a sealing layer, a substrate, or the like.
The gas barrier layer used in the present invention is mainly composed of one or more selected from the group consisting of metals, inorganic compounds and polymer compounds. The gas barrier layer can improve the durability of the thermoelectric conversion module.

前記基材としては、屈曲性を有するものが用いられ、例えば、前述した放熱板の材料に用いられる樹脂を用いることができる。また、好ましい樹脂も同様である。 As the base material, a material having flexibility is used, and for example, the resin used for the material of the heat sink described above can be used. The same applies to preferable resins.

金属としては、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、金、銀、銅及び錫等が挙げられ、これらを蒸着膜として用いることが好ましい。これらの中で、生産性、コスト、ガスバリア性の観点から、アルミニウム、ニッケルが好ましい。また、これらは1種単独で、あるいは合金を含め、2種以上を組み合わせて用いることができる。前記蒸着膜は、通常、真空蒸着法、イオンプレーティング法等の蒸着法を用いてもよいし、蒸着法以外のDCスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等のスパッタリング法、またプラズマCVD法等の他の乾式法で成膜してもよい。なお、金属の蒸着膜等は、通常、導電性を有するため、前記基材等を介して熱電変換素子層に積層される。 Examples of metals include aluminum, magnesium, nickel, zinc, gold, silver, copper, tin, and the like, and these are preferably used as vapor deposition films. Among these, aluminum and nickel are preferable from the viewpoint of productivity, cost, and gas barrier properties. Moreover, these can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types including an alloy. The vapor deposition film may be formed by a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method or an ion plating method. A film may be formed by a dry method. In addition, since the metal deposition film or the like usually has conductivity, it is laminated on the thermoelectric conversion element layer via the substrate or the like.

無機化合物としては、無機酸化物(MO)、無機窒化物(MN)、無機炭化物(MC)、無機酸化炭化物(MO)、無機窒化炭化物(MN)、無機酸化窒化物(MO)、及び無機酸化窒化炭化物(MO)等が挙げられる。ここで、x、y、zは、各化合物の組成比を表す。前記Mとしては、珪素、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、インジウム、カルシウム、ジルコニウム、チタン、ホウ素、ハフニウム、又はバリウム等の金属元素が挙げられる。Mは1種単独でもよいし2種以上の元素であってもよい。各無機化合物は、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化インジウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ホウ素、酸化ハフニウム、酸化バリウム等の酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化マグネシウム等の窒化物;炭化珪素等の炭化物;硫化物;等を挙げることができる。また、これらの無機化合物から選ばれた2種以上の複合体(酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物、酸化窒化炭化物)であってもよい。また、SiOZnのように金属元素を2種以上含む複合体(酸化窒化物、酸化炭化物、窒化炭化物、酸化窒化炭化物も含む)であってもよい。これらは、蒸着膜として用いることが好ましいが、蒸着膜として成膜できない場合は、DCスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、プラズマCVD法等の方法で成膜したものでもよい。
Mとしては、珪素、アルミニウム、チタン等の金属元素が好ましい。特にMが珪素の酸化珪素からなる無機層は、高いガスバリア性を有し、また、窒化珪素からなる無機層はさらに高いガスバリア性を有する。特に酸化珪素と窒化珪素の複合体(無機酸化窒化物(MO))であることが好ましく、窒化珪素の含有量が多いとガスバリア性が向上する。
なお、無機化合物の蒸着膜は、通常、絶縁性を有する場合が多いが、酸化亜鉛、酸化インジウム等、導電性を有するものも含まれる。この場合、これらの無機化合物を熱電変換素子層に積層する場合、前述した基材を介して積層するか、熱電変換モジュールの性能に影響を与えない範囲で使用することになる。
Examples of inorganic compounds include inorganic oxides (MO x ), inorganic nitrides (MN y ), inorganic carbides (MC z ), inorganic oxide carbides (MO x C z ), inorganic nitride carbides (MN y C z ), inorganic oxides Nitrides (MO x N y ), inorganic oxynitride carbides (MO x N y C z ), and the like. Here, x, y, and z represent the composition ratio of each compound. Examples of M include metal elements such as silicon, zinc, aluminum, magnesium, indium, calcium, zirconium, titanium, boron, hafnium, and barium. M may be a single element or two or more elements. Each inorganic compound is an oxide such as silicon oxide, zinc oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, indium oxide, calcium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, boron oxide, hafnium oxide, barium oxide; silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride , nitrides such as magnesium nitride; carbides such as silicon carbide; sulfides; Moreover, it may be a composite of two or more kinds (oxynitrides, oxycarbides, oxynitrides, oxynitride carbides) selected from these inorganic compounds. Also, a composite containing two or more metal elements such as SiOZn (including oxynitrides, oxycarbides, nitride carbides, and oxynitride carbides) may be used. These are preferably used as vapor deposition films, but if they cannot be formed as vapor deposition films, they may be formed by methods such as DC sputtering, magnetron sputtering, and plasma CVD.
M is preferably a metal element such as silicon, aluminum, or titanium. In particular, an inorganic layer made of silicon oxide in which M is silicon has high gas barrier properties, and an inorganic layer made of silicon nitride has even higher gas barrier properties. In particular, a composite of silicon oxide and silicon nitride (inorganic oxynitride (MO x N y )) is preferred, and gas barrier properties improve when the content of silicon nitride is large.
Incidentally, vapor-deposited films of inorganic compounds usually have insulating properties in many cases, but include those having conductivity such as zinc oxide and indium oxide. In this case, when these inorganic compounds are laminated on the thermoelectric conversion element layer, they are laminated via the base material described above, or are used within a range that does not affect the performance of the thermoelectric conversion module.

高分子化合物としては、ポリオルガノシロキサン、ポリシラザン系化合物等の珪素含有高分子化合物、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル等が挙げられる。これらの高分子化合物は1種単独で、あるいは2種以上を組合せて用いることができる。
これらの中でも、ガスバリア性を有する高分子化合物としては、珪素含有高分子化合物が好ましい。珪素含有高分子化合物としては、ポリシラザン系化合物、ポリカルボシラン系化合物、ポリシラン系化合物、及びポリオルガノシロキサン系化合物等が好ましい。これらの中でも、優れたガスバリア性を有するバリア層を形成できる観点から、ポリシラザン系化合物がより好ましい。
Examples of polymer compounds include silicon-containing polymer compounds such as polyorganosiloxanes and polysilazane compounds, polyimides, polyamides, polyamideimides, polyphenylene ethers, polyetherketones, polyetheretherketones, polyolefins, and polyesters. These polymer compounds can be used singly or in combination of two or more.
Among these, silicon-containing polymer compounds are preferable as the polymer compound having gas barrier properties. Polysilazane-based compounds, polycarbosilane-based compounds, polysilane-based compounds, polyorganosiloxane-based compounds, and the like are preferable as the silicon-containing polymer compound. Among these, polysilazane-based compounds are more preferable from the viewpoint of forming a barrier layer having excellent gas barrier properties.

また、無機化合物の蒸着膜、またはポリシラザン系化合物を含む層に改質処理を施して形成された酸素、窒素、珪素を主構成原子として有する層からなる酸窒化珪素層が、層間密着性、ガスバリア性、及び屈曲性を有する観点から、好ましく用いられる。
ガスバリア層は、例えば、ポリシラザン化合物含有層に、プラズマイオン注入処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、熱処理等を施すことにより形成できる。プラズマイオン注入処理により注入されるイオンとしては、水素、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、及びクリプトン等が挙げられる。
プラズマイオン注入処理の具体的な処理方法としては、外部電界を用いて発生させたプラズマ中に存在するイオンを、ポリシラザン化合物含有層に対して注入する方法、または、外部電界を用いることなく、ガスバリア層形成用材料からなる層に印加する負の高電圧パルスによる電界のみで発生させたプラズマ中に存在するイオンを、ポリシラザン化合物含有層に注入する方法が挙げられる。
プラズマ処理は、ポリシラザン化合物含有層をプラズマ中に晒して、含ケイ素ポリマーを含有する層を改質する方法である。例えば、特開2012-106421号公報に記載の方法に従って、プラズマ処理を行うことができる。紫外線照射処理は、ポリシラザン化合物含有層に紫外線を照射して含ケイ素ポリマーを含有する層を改質する方法である。例えば、特開2013-226757号公報に記載の方法に従って、紫外線改質処理を行うことができる。
これらの中でも、ポリシラザン化合物含有層の表面を荒らすことなく、その内部まで効率よく改質し、よりガスバリア性に優れるガスバリア層を形成できることから、イオン注入処理が好ましい。
In addition, a silicon oxynitride layer composed of a layer having oxygen, nitrogen, and silicon as main constituent atoms formed by modifying a layer containing an inorganic compound or a layer containing a polysilazane compound has excellent interlayer adhesion and gas barrier properties. It is preferably used from the viewpoint of having flexibility and flexibility.
The gas barrier layer can be formed, for example, by subjecting the polysilazane compound-containing layer to plasma ion implantation treatment, plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, heat treatment, or the like. Ions implanted by the plasma ion implantation process include hydrogen, nitrogen, oxygen, argon, helium, neon, xenon, krypton, and the like.
As a specific processing method of the plasma ion implantation treatment, there is a method of implanting ions present in plasma generated using an external electric field into a polysilazane compound-containing layer, or a method of implanting a gas barrier without using an external electric field. A method of injecting ions present in a plasma generated only by an electric field by a negative high voltage pulse applied to a layer made of a layer-forming material into a layer containing a polysilazane compound can be used.
Plasma treatment is a method of exposing the polysilazane compound-containing layer to plasma to modify the layer containing the silicon-containing polymer. For example, plasma treatment can be performed according to the method described in JP-A-2012-106421. The ultraviolet irradiation treatment is a method of modifying the layer containing the silicon-containing polymer by irradiating the polysilazane compound-containing layer with ultraviolet rays. For example, ultraviolet modification treatment can be performed according to the method described in JP-A-2013-226757.
Among these, the ion implantation process is preferable because the inside of the polysilazane compound-containing layer can be efficiently modified without roughening the surface of the polysilazane compound-containing layer, and a gas barrier layer having more excellent gas barrier properties can be formed.

金属、無機化合物及び高分子化合物を含む層の厚さは、用いる化合物等で異なるが、通常、0.01~50μm、好ましくは0.03~10μm、より好ましくは0.05~0.80μm、さらに好ましくは0.10~0.60μmである。金属、無機化合物及び樹脂を含む厚さが、この範囲であれば、水蒸気透過率を効果的に抑制できる。 The thickness of the layer containing a metal, an inorganic compound and a polymer compound varies depending on the compound used, etc., but is usually 0.01 to 50 μm, preferably 0.03 to 10 μm, more preferably 0.05 to 0.80 μm, More preferably, it is 0.10 to 0.60 μm. If the thickness including the metal, the inorganic compound and the resin is within this range, the water vapor transmission rate can be effectively suppressed.

前記金属、無機化合物及び高分子化合物の、基材を有するガスバリア層の厚さは、10~80μmであることが好ましく、より好ましくは、15~50μm、さらに好ましくは20~40μmである。ガスバリア層の厚さがこの範囲にあると、優れたガスバリア性が得られるとともに、屈曲性と、被膜強度とを両立させることができる。
ガスバリア層は、1層であっても2層以上積層されていてもよい。また、2層以上積層される場合は、それらが同じであっても異なっていてもよい。
The thickness of the gas barrier layer having a substrate of the metal, inorganic compound, or polymer compound is preferably 10 to 80 μm, more preferably 15 to 50 μm, and still more preferably 20 to 40 μm. When the thickness of the gas barrier layer is within this range, excellent gas barrier properties can be obtained, and both flexibility and film strength can be achieved.
The gas barrier layer may be a single layer or a laminate of two or more layers. Moreover, when two or more layers are laminated, they may be the same or different.

〈電極〉
本発明に用いる電極は、熱電変換素子層を構成するP型熱電素子層とN型熱電素子層との電気的な接続を行うために設けられる。電極材料としては、金、銀、ニッケル、銅又はこれらの合金等が挙げられる。
前記電極の厚さは、好ましくは10nm~200μm、より好ましくは30nm~150μm、さらに好ましくは50nm~120μmである。電極の厚さが、上記範囲内であれば、電気伝導率が高く低抵抗となり熱電変換素子層のトータルの電気抵抗値を低く抑えられる。また、電極として十分な強度が得られる。
<electrode>
The electrodes used in the present invention are provided for electrical connection between the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer that constitute the thermoelectric conversion element layer. Examples of electrode materials include gold, silver, nickel, copper, and alloys thereof.
The thickness of the electrodes is preferably 10 nm to 200 μm, more preferably 30 nm to 150 μm, even more preferably 50 nm to 120 μm. If the thickness of the electrode is within the above range, the electrical conductivity is high and the resistance is low, and the total electrical resistance of the thermoelectric conversion element layer can be kept low. Moreover, sufficient strength as an electrode can be obtained.

〈熱電変換素子層〉
本発明に用いる熱電変換モジュールの熱電変換素子層は、前述したように、P型熱電素子層とN型熱電素子層とを含み、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層とが面内方向に交互に隣接し配列され、電気的に直列接続となるように構成される。さらに、P型熱電素子層とN型熱電素子層との接続は、接続の安定性、熱電性能の観点から導電性の高い金属材料等から形成され、前述した電極材料を用いることが好ましい。
<Thermoelectric conversion element layer>
As described above, the thermoelectric conversion element layer of the thermoelectric conversion module used in the present invention includes a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer, and the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer face each other. They are alternately arranged adjacent to each other in the inward direction and configured to be electrically connected in series. Furthermore, the connection between the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer is formed from a highly conductive metal material or the like from the viewpoint of connection stability and thermoelectric performance, and it is preferable to use the electrode material described above.

本発明に用いる熱電変換素子層は、熱電半導体粒子、バインダー樹脂及びイオン液体を含む熱電半導体組成物からなることが好ましい。 The thermoelectric conversion element layer used in the present invention is preferably made of a thermoelectric semiconductor composition containing thermoelectric semiconductor particles, a binder resin and an ionic liquid.

(熱電半導体粒子)
本発明に用いるP型熱電素子層及びN型熱電素子層からなる熱電変換素子層を構成する熱電半導体粒子としては、温度差を付与することにより、熱起電力を発生させることができる材料からなるものであれば特に制限されず、例えば、P型ビスマステルライド、N型ビスマステルライド等のビスマス-テルル系熱電半導体材料;GeTe、PbTe等のテルライド系熱電半導体材料;アンチモン-テルル系熱電半導体材料;ZnSb、ZnSb2、ZnSb等の亜鉛-アンチモン系熱電半導体材料;SiGe等のシリコン-ゲルマニウム系熱電半導体材料;BiSe等のビスマスセレナイド系熱電半導体材料;β―FeSi、CrSi、MnSi1.73、MgSi等のシリサイド系熱電半導体材料;酸化物系熱電半導体材料;FeVAl、FeVAlSi、FeVTiAl等のホイスラー材料、TiS等の硫化物系熱電半導体材料等が用いられる。
(thermoelectric semiconductor particles)
The thermoelectric semiconductor particles constituting the thermoelectric conversion element layer composed of the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer used in the present invention are made of a material capable of generating a thermoelectromotive force by applying a temperature difference. Bismuth-tellurium-based thermoelectric semiconductor materials such as P-type bismuth telluride and N-type bismuth telluride; Telluride-based thermoelectric semiconductor materials such as GeTe and PbTe; Antimony-Tellurium-based thermoelectric semiconductor materials; ZnSb , Zn 3 Sb 2, Zn 4 Sb 3 and the like; silicon-germanium based thermoelectric semiconductor materials such as SiGe; bismuth selenide based thermoelectric semiconductor materials such as Bi 2 Se 3 ; Silicide-based thermoelectric semiconductor materials such as CrSi 2 , MnSi 1.73 , and Mg 2 Si; oxide-based thermoelectric semiconductor materials; Heusler materials such as FeVAl, FeVAlSi, and FeVTiAl; and sulfide-based thermoelectric semiconductor materials such as TiS 2 . .

これらの中でも、本発明に用いる前記熱電半導体材料は、P型ビスマステルライド又はN型ビスマステルライド等のビスマス-テルル系熱電半導体材料であることが好ましい。
前記P型ビスマステルライドは、キャリアが正孔で、ゼーベック係数が正値であり、例えば、BiTeSb2-Xで表わされるものが好ましく用いられる。この場合、Xは、好ましくは0<X≦0.8であり、より好ましくは0.4≦X≦0.6である。Xが0より大きく0.8以下であるとゼーベック係数と電気伝導率が大きくなり、P型熱電変換材料としての特性が維持されるので好ましい。
また、前記N型ビスマステルライドは、キャリアが電子で、ゼーベック係数が負値であり、例えば、BiTe3-YSeで表わされるものが好ましく用いられる。この場合、Yは、好ましくは0≦Y≦3(Y=0の時:BiTe)であり、より好ましくは0<Y≦2.7である。Yが0以上3以下であるとゼーベック係数と電気伝導率が大きくなり、N型熱電変換材料としての特性が維持されるので好ましい。
Among these, the thermoelectric semiconductor material used in the present invention is preferably a bismuth-tellurium thermoelectric semiconductor material such as P-type bismuth telluride or N-type bismuth telluride.
The p-type bismuth telluride has holes as carriers and a positive Seebeck coefficient, and is preferably represented by, for example, Bi X Te 3 Sb 2-X . In this case, X preferably satisfies 0<X≦0.8, more preferably 0.4≦X≦0.6. When X is greater than 0 and 0.8 or less, the Seebeck coefficient and electric conductivity are increased, and the properties of the P-type thermoelectric conversion material are maintained, which is preferable.
The N-type bismuth telluride has electrons as carriers and a negative Seebeck coefficient, and is represented by, for example, Bi 2 Te 3-Y Se Y , which is preferably used. In this case, Y preferably satisfies 0≦Y≦3 (when Y=0: Bi 2 Te 3 ), more preferably 0<Y≦2.7. When Y is 0 or more and 3 or less, the Seebeck coefficient and electrical conductivity are increased, and the properties as an N-type thermoelectric conversion material are maintained, which is preferable.

P型熱電素子層及びN型熱電素子層からなる熱電変換素子層に用いる熱電半導体粒子は、熱電半導体材料を、微粉砕装置等により、所定のサイズまで粉砕することが好ましい。
前記熱電半導体材料を粉砕して熱電半導体粒子を得る方法は特に限定されず、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル、コロイドミル、コニカルミル、ディスクミル、エッジミル、製粉ミル、ハンマーミル、ペレットミル、ウィリーミル、ローラーミル等の公知の微粉砕装置等により、所定のサイズまで粉砕すればよい。
The thermoelectric semiconductor particles used for the thermoelectric conversion element layer composed of the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer are preferably obtained by pulverizing the thermoelectric semiconductor material to a predetermined size using a pulverizer or the like.
The method of pulverizing the thermoelectric semiconductor material to obtain thermoelectric semiconductor particles is not particularly limited, and includes jet mill, ball mill, bead mill, colloid mill, conical mill, disc mill, edge mill, milling mill, hammer mill, pellet mill, Willie mill, and roller. It may be pulverized to a predetermined size by a known pulverizing device such as a mill.

熱電半導体粒子の平均粒径は、好ましくは、10nm~200μm、より好ましくは、10nm~30μm、さらに好ましくは、50nm~10μm、特に好ましくは、1~6μmである。上記範囲内であれば、均一分散が容易になり、電気伝導率を高くすることができる。
なお、熱電半導体粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分析装置(CILAS社製、1064型)にて測定することにより得られ、粒径分布の中央値とした。
The average particle size of the thermoelectric semiconductor particles is preferably 10 nm to 200 μm, more preferably 10 nm to 30 μm, even more preferably 50 nm to 10 μm, particularly preferably 1 to 6 μm. Within the above range, uniform dispersion is facilitated, and electrical conductivity can be increased.
The average particle diameter of the thermoelectric semiconductor particles was obtained by measuring with a laser diffraction particle size analyzer (manufactured by CILAS, Model 1064) and taken as the median value of the particle size distribution.

また、熱電半導体粒子は、アニール処理(以下、「アニール処理A」ということがある。)されたものであることが好ましい。アニール処理Aを行うことにより、熱電半導体粒子は、結晶性が向上し、さらに、熱電半導体粒子の表面酸化膜が除去されるため、熱電変換素子層のゼーベック係数(ペルチェ係数の絶対値)が増大し、熱電性能指数をさらに向上させることができる。アニール処理Aは、特に限定されないが、熱電半導体組成物を調製する前に、熱電半導体粒子に悪影響を及ぼすことがないように、ガス流量が制御された、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、同じく水素等の還元ガス雰囲気下、または真空条件下で行うことが好ましく、不活性ガス及び還元ガスの混合ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。具体的な温度条件は、用いる熱電半導体粒子に依存するが、通常、粒子の融点以下の温度で、かつ100~1500℃で、数分~数十時間行うことが好ましい。 Further, the thermoelectric semiconductor particles are preferably annealed (hereinafter sometimes referred to as "annealing treatment A"). By performing the annealing treatment A, the crystallinity of the thermoelectric semiconductor particles is improved, and the surface oxide film of the thermoelectric semiconductor particles is removed, so that the Seebeck coefficient (absolute value of the Peltier coefficient) of the thermoelectric conversion element layer is increased. and the thermoelectric figure of merit can be further improved. The annealing treatment A is not particularly limited, but before preparing the thermoelectric semiconductor composition, the gas flow rate is controlled so as not to adversely affect the thermoelectric semiconductor particles, under an inert gas atmosphere such as nitrogen and argon. , It is preferably carried out under a reducing gas atmosphere such as hydrogen or under vacuum conditions, more preferably under a mixed gas atmosphere of an inert gas and a reducing gas. Although the specific temperature conditions depend on the thermoelectric semiconductor particles used, it is generally preferred that the temperature be below the melting point of the particles and be 100 to 1500° C. for several minutes to several tens of hours.

(バインダー樹脂)
本発明に用いるバインダー樹脂は、熱電半導体粒子間のバインダーとして働き、後述する熱電変換モジュールの屈曲性を高めることができるとともに、塗布等による薄膜の形成を容易にする。
(binder resin)
The binder resin used in the present invention acts as a binder between thermoelectric semiconductor particles, can increase the flexibility of the thermoelectric conversion module described later, and facilitates the formation of a thin film by coating or the like.

バインダー樹脂としては、焼成(アニール)温度で、90質量%以上が分解する樹脂であることが好ましく、95質量%以上が分解する樹脂であることがより好ましく、99質量%以上が分解する樹脂であることが特に好ましい。
また、熱電半導体組成物からなる塗布膜(薄膜)を焼成(アニール)処理等により熱電半導体粒子を結晶成長させる際に、機械的強度及び熱伝導率等の諸物性が損なわれず維持される樹脂がより好ましい。
バインダー樹脂として、焼成(アニール)温度で90質量%以上が分解する樹脂、即ち、従来使用していた耐熱性樹脂よりも低温で分解する樹脂、を用いると、焼成によりバインダー樹脂が分解するため、焼成体中に含まれる絶縁性の成分となるバインダー樹脂の含有量が減少し、熱電半導体組成物における熱電半導体粒子の結晶成長が促進されるので、熱電変換素子層における空隙を少なくして、充填率を向上させることができる。
バインダー樹脂は、一態様として、焼成(アニール)温度400℃で90質量%以上が分解することが好ましい。
なお、焼成(アニール)温度で所定値(例えば、90質量%)以上が分解する樹脂であるか否かは、熱重量測定(TG)による焼成(アニール)温度における質量減少率(分解前の質量で分解後の質量を除した値)を測定することにより判断する。
The binder resin is preferably a resin that decomposes at a firing (annealing) temperature of 90% by mass or more, more preferably a resin that decomposes at 95% by mass or more, and a resin that decomposes at 99% by mass or more. It is particularly preferred to have
In addition, a resin that maintains various physical properties such as mechanical strength and thermal conductivity without impairing when crystal growth of thermoelectric semiconductor particles is performed by baking (annealing) a coating film (thin film) made of a thermoelectric semiconductor composition. more preferred.
As the binder resin, if a resin that decomposes at a firing (annealing) temperature of 90% by mass or more, that is, a resin that decomposes at a lower temperature than conventionally used heat-resistant resins, the binder resin will decompose upon firing. The content of the binder resin, which is an insulating component contained in the fired body, is reduced, and the crystal growth of the thermoelectric semiconductor particles in the thermoelectric semiconductor composition is promoted. rate can be improved.
As one aspect, it is preferable that 90% by mass or more of the binder resin decompose at a firing (annealing) temperature of 400°C.
Whether or not the resin decomposes at a predetermined value (e.g., 90% by mass) or more at the firing (annealing) temperature is determined by thermogravimetry (TG) at the mass reduction rate (mass before decomposition) at the firing (annealing) temperature. The value obtained by dividing the mass after decomposition by ).

このようなバインダー樹脂として、熱可塑性樹脂や硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン系樹脂;ポリカーボネート;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の熱可塑性ポリエステル樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル-スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル、ポリビニルピリジン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等のポリビニル重合体;ポリウレタン;エチルセルロース等のセルロース誘導体;などが挙げられる。硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。光硬化性樹脂としては、例えば、光硬化性アクリル樹脂、光硬化性ウレタン樹脂、光硬化性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、熱電変換素子層の電気抵抗率の観点から、熱可塑性樹脂が好ましく、ポリカーボネート、エチルセルロース等のセルロース誘導体がより好ましく、ポリカーボネートが特に好ましい
A thermoplastic resin or a curable resin can be used as such a binder resin. Examples of thermoplastic resins include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, and polymethylpentene; polycarbonates; thermoplastic polyester resins such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate; polystyrene, acrylonitrile-styrene copolymers, and polyacetic acid. Polyvinyl polymers such as vinyl, ethylene-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride, polyvinylpyridine, polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone; polyurethanes; cellulose derivatives such as ethyl cellulose; Examples of curable resins include thermosetting resins and photocurable resins. Examples of thermosetting resins include epoxy resins and phenol resins. Examples of photocurable resins include photocurable acrylic resins, photocurable urethane resins, and photocurable epoxy resins. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Among these, from the viewpoint of the electrical resistivity of the thermoelectric conversion element layer, thermoplastic resins are preferred, cellulose derivatives such as polycarbonate and ethyl cellulose are more preferred, and polycarbonate is particularly preferred.

バインダー樹脂は、熱電半導体粒子に対する後述するアニール処理Bの温度に応じて適宜選択される。バインダー樹脂が有する最終分解温度以上で焼成(アニール)処理することが、熱電変換素子層の電気抵抗率の観点から好ましい。
本明細書において、「最終分解温度」とは、熱重量測定(TG)による焼成(アニール)温度における質量減少率が100%(分解後の質量が分解前の質量の0%)となる温度をいう。
The binder resin is appropriately selected according to the temperature of annealing treatment B, which will be described later, on the thermoelectric semiconductor particles. From the viewpoint of the electrical resistivity of the thermoelectric conversion element layer, it is preferable to perform the baking (annealing) treatment at a temperature higher than the final decomposition temperature of the binder resin.
As used herein, the term “final decomposition temperature” refers to the temperature at which the mass reduction rate at the firing (annealing) temperature by thermogravimetry (TG) is 100% (the mass after decomposition is 0% of the mass before decomposition). say.

バインダー樹脂の最終分解温度は、通常150~600℃、好ましくは200~560℃、より好ましくは220~460℃、特に好ましくは240~360℃である。最終分解温度がこの範囲にあるバインダー樹脂を用いれば、熱電半導体材料のバインダーとして機能し、印刷時に薄膜の形成がしやすくなる。 The final decomposition temperature of the binder resin is generally 150-600°C, preferably 200-560°C, more preferably 220-460°C, and particularly preferably 240-360°C. If a binder resin having a final decomposition temperature within this range is used, it functions as a binder for the thermoelectric semiconductor material and facilitates the formation of a thin film during printing.

バインダー樹脂の熱電半導体組成物中の含有量は、0.1~40質量%、好ましくは0.5~20質量%、より好ましくは0.5~10質量%、特に好ましくは0.5~5質量%である。バインダー樹脂の含有量が、上記範囲内であると、熱電変換素子層の電気抵抗率を減少させることができる。 The content of the binder resin in the thermoelectric semiconductor composition is 0.1 to 40% by mass, preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass, and particularly preferably 0.5 to 5% by mass. % by mass. When the content of the binder resin is within the above range, the electrical resistivity of the thermoelectric conversion element layer can be reduced.

(イオン液体)
本発明に用いるイオン液体は、カチオンとアニオンとを組み合わせてなる溶融塩であり、-50℃以上400℃未満のいずれかの温度領域において液体で存在し得る塩をいう。換言すれば、イオン液体は、融点が-50℃以上400℃未満の範囲にあるイオン性化合物である。イオン液体の融点は、好ましくは-25℃以上200℃以下、より好ましくは0℃以上150℃以下である。イオン液体は、蒸気圧が極めて低く不揮発性であること、優れた熱安定性及び電気化学安定性を有していること、粘度が低いこと、かつイオン伝導度が高いこと等の特徴を有しているため、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を効果的に抑制することができる。また、イオン液体は、非プロトン性のイオン構造に基づく高い極性を示し、バインダー樹脂との相溶性に優れるため、熱電変換素子層の電気伝導率を均一にすることができる。
(ionic liquid)
The ionic liquid used in the present invention is a molten salt formed by combining a cation and an anion, and refers to a salt that can exist as a liquid in any temperature range from -50°C to less than 400°C. In other words, an ionic liquid is an ionic compound having a melting point in the range of -50°C or higher and lower than 400°C. The melting point of the ionic liquid is preferably −25° C. or higher and 200° C. or lower, more preferably 0° C. or higher and 150° C. or lower. Ionic liquids have characteristics such as extremely low vapor pressure and non-volatility, excellent thermal and electrochemical stability, low viscosity, and high ionic conductivity. Therefore, it can effectively suppress the decrease in the electrical conductivity between the thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary agent. In addition, the ionic liquid exhibits high polarity based on the aprotic ionic structure and is excellent in compatibility with the binder resin, so that the thermoelectric conversion element layer can have uniform electrical conductivity.

イオン液体は、公知または市販のものが使用できる。例えば、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピラゾリウム、ピロリジニウム、ピペリジニウム、イミダゾリウム等の窒素含有環状カチオン化合物及びそれらの誘導体;テトラアルキルアンモニウム系のアミン系カチオン及びそれらの誘導体;ホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、テトラアルキルホスホニウム等のホスフィン系カチオン及びそれらの誘導体;リチウムカチオン及びその誘導体等のカチオン成分と、Cl、Br、I、AlCl 、AlCl 、BF 、PF 、ClO 、NO 、CHCOO、CFCOO、CHSO 、CFSO 、(FSO、(CFSO、(CFSO、AsF 、SbF 、NbF 、TaF 、F(HF) 、(CN)、CSO 、(CSO、CCOO、(CFSO)(CFCO)N等のアニオン成分とから構成されるものが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Known or commercially available ionic liquids can be used. For example, nitrogen-containing cyclic cation compounds such as pyridinium, pyrimidinium, pyrazolium, pyrrolidinium, piperidinium, imidazolium and their derivatives; tetraalkylammonium-based amine-based cations and their derivatives; Phosphine-based cations and derivatives thereof; cation components such as lithium cations and derivatives thereof, Cl , Br , I , AlCl 4 , Al 2 Cl 7 , BF 4 , PF 6 , ClO 4 , NO 3 , CH 3 COO , CF 3 COO , CH 3 SO 3 , CF 3 SO 3 , (FSO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 SO 2 ) 3 C , AsF 6 , SbF 6 , NbF 6 , TaF 6 , F(HF) n , (CN) 2 N , C 4 F 9 SO 3 , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N , C 3 F 7 COO , (CF 3 SO 2 )(CF 3 CO)N and other anion components. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

上記のイオン液体の中で、高温安定性、熱電半導体粒子及びバインダー樹脂との相溶性、熱電半導体粒子間隙の電気伝導率の低下抑制等の観点から、イオン液体のカチオン成分が、ピリジニウムカチオン及びその誘導体、イミダゾリウムカチオン及びその誘導体から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。イオン液体のアニオン成分が、ハロゲン化物アニオンを含むことが好ましく、Cl、Br及びIから選ばれる少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。 Among the above ionic liquids, the cation component of the ionic liquid is pyridinium cation and its It preferably contains at least one selected from derivatives, imidazolium cations and derivatives thereof. The anion component of the ionic liquid preferably contains a halide anion, more preferably at least one selected from Cl , Br and I .

カチオン成分が、ピリジニウムカチオン及びその誘導体を含むイオン液体の具体的な例として、4-メチル-ブチルピリジニウムクロライド、3-メチル-ブチルピリジニウムクロライド、4-メチル-ヘキシルピリジニウムクロライド、3-メチル-ヘキシルピリジニウムクロライド、4-メチル-オクチルピリジニウムクロライド、3-メチル-オクチルピリジニウムクロライド、3,4-ジメチル-ブチルピリジニウムクロライド、3,5-ジメチル-ブチルピリジニウムクロライド、4-メチル-ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート、4-メチル-ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヨージド等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、1-ブチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヨージドが好ましい。
Specific examples of ionic liquids in which the cationic component contains pyridinium cations and derivatives thereof include 4-methyl-butylpyridinium chloride, 3-methyl-butylpyridinium chloride, 4-methyl-hexylpyridinium chloride, and 3-methyl-hexylpyridinium chloride. chloride, 4-methyl-octylpyridinium chloride, 3-methyl-octylpyridinium chloride, 3,4-dimethyl-butylpyridinium chloride, 3,5-dimethyl-butylpyridinium chloride, 4-methyl-butylpyridinium tetrafluoroborate, 4- methyl-butylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butyl-4-methylpyridinium iodide and the like. be done. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Among these, 1-butylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium hexafluorophosphate, and 1-butyl-4-methylpyridinium iodide are preferred.

また、カチオン成分が、イミダゾリウムカチオン及びその誘導体を含むイオン液体の具体的な例として、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムブロミド]、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムテトラフルオロボレイト]、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-オクチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-ドデシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-テトラデシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-メチル-3-ブチルイミダゾリウムメチルスルフェート、1、3-ジブチルイミダゾリウムメチルスルフェート等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムブロミド]、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムテトラフルオロボレイト]が好ましい。
Specific examples of ionic liquids containing imidazolium cations and derivatives thereof as cationic components include [1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium bromide], [1-butyl-3-(2 -hydroxyethyl)imidazolium tetrafluoroborate], 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3 -methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium bromide, 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-tetradecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluorooroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluorooroborate, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoro Oroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-methyl-3-butylimidazolium methylsulfate, 1,3-dibutylimidazolium methyl Sulfate and the like can be mentioned. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
Among these, [1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium bromide] and [1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium tetrafluoroborate] are preferred.

上記のイオン液体の電気伝導率は、好ましくは10-7S/cm以上、より好ましくは10-6S/cm以上である。電気伝導率が上記の範囲であれば、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を効果的に抑制することができる。 The electrical conductivity of the ionic liquid is preferably 10 −7 S/cm or higher, more preferably 10 −6 S/cm or higher. If the electrical conductivity is within the above range, it can effectively suppress the decrease in the electrical conductivity between the thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary agent.

また、上記のイオン液体は、分解温度が300℃以上であることが好ましい。分解温度が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる塗布膜(薄膜)を焼成(アニール)処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。
本明細書において、「分解温度」とは、熱重量測定(TG)による焼成(アニール)温度における質量減少率が10%となる温度をいう。
Further, the above ionic liquid preferably has a decomposition temperature of 300° C. or higher. If the decomposition temperature is within the above range, the effect as a conductive auxiliary agent can be maintained even when a coating film (thin film) made of the thermoelectric semiconductor composition is subjected to baking (annealing) treatment, as described later.
As used herein, the term "decomposition temperature" refers to the temperature at which the mass reduction rate at the firing (annealing) temperature by thermogravimetry (TG) is 10%.

また、上記のイオン液体において、熱重量測定(TG)による300℃における質量減少率は、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、特に好ましくは1%以下である。質量減少率が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる塗布膜(薄膜)を焼成(アニール)処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。 In the above ionic liquid, the mass reduction rate at 300° C. by thermogravimetry (TG) is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and particularly preferably 1% or less. If the mass reduction rate is within the above range, as described later, even when a coating film (thin film) made of the thermoelectric semiconductor composition is subjected to baking (annealing) treatment, the effect as a conductive auxiliary agent can be maintained.

イオン液体の熱電半導体組成物中の含有量は、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、特に好ましくは1.0~20質量%である。イオン液体の含有量が、上記の範囲内であれば、電気伝導率の低下が効果的に抑制され、高い熱電性能を有する膜が得られる。 The content of the ionic liquid in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01-50% by mass, more preferably 0.5-30% by mass, and particularly preferably 1.0-20% by mass. If the content of the ionic liquid is within the above range, the decrease in electrical conductivity is effectively suppressed, and a film having high thermoelectric performance can be obtained.

<無機イオン性化合物>
熱電半導体組成物には、さらに無機イオン性化合物を含んでいてもよい。
無機イオン性化合物は、少なくともカチオンとアニオンから構成される化合物である。無機イオン性化合物は室温において固体であり、400~900℃の温度領域のいずれかの温度に融点を有し、イオン伝導度が高いこと等の特徴を有しているため、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を抑制することができる。
<Inorganic ionic compound>
The thermoelectric semiconductor composition may further contain an inorganic ionic compound.
An inorganic ionic compound is a compound composed of at least a cation and an anion. Inorganic ionic compounds are solid at room temperature, have a melting point in a temperature range of 400 to 900° C., and have high ionic conductivity. Reduction in electrical conductivity between thermoelectric semiconductor particles can be suppressed.

無機イオン性化合物の熱電半導体組成物中の含有量は、熱電半導体組成物が無機イオン化合物を含む場合、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、特に好ましくは1.0~10質量%である。無機イオン性化合物の含有量が、上記範囲内であれば、電気伝導率の低下を効果的に抑制でき、結果として熱電性能が向上した膜が得られる。
なお、無機イオン性化合物とイオン液体とを併用する場合においては、熱電半導体組成物中における、無機イオン性化合物及びイオン液体の含有量の総量は、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、特に好ましくは1.0~10質量%である。
The content of the inorganic ionic compound in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 30% by mass, particularly preferably when the thermoelectric semiconductor composition contains the inorganic ionic compound. is 1.0 to 10% by mass. If the content of the inorganic ionic compound is within the above range, the decrease in electrical conductivity can be effectively suppressed, and as a result, a film with improved thermoelectric performance can be obtained.
When the inorganic ionic compound and the ionic liquid are used together, the total content of the inorganic ionic compound and the ionic liquid in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably is 0.5 to 30% by weight, particularly preferably 1.0 to 10% by weight.

<その他の添加剤>
熱電半導体組成物には、上記以外に、必要に応じて、さらに分散剤、造膜助剤、光安定剤、酸化防止剤、粘着付与剤、可塑剤、着色剤、樹脂安定剤、充てん剤、顔料、導電性フィラー、導電性高分子、硬化剤等の他の添加剤を含んでいてもよい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<Other additives>
In addition to the above, if necessary, the thermoelectric semiconductor composition may further contain a dispersant, a film forming aid, a light stabilizer, an antioxidant, a tackifier, a plasticizer, a colorant, a resin stabilizer, a filler, Other additives such as pigments, conductive fillers, conductive polymers, and curing agents may be included. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

熱電変換素子層の厚さは、熱電性能、屈曲性、皮膜強度の観点から、好ましくは1000μm以下、より好ましくは600μm以下、さらに好ましくは400μm以下である。 The thickness of the thermoelectric conversion element layer is preferably 1000 μm or less, more preferably 600 μm or less, and even more preferably 400 μm or less, from the viewpoint of thermoelectric performance, flexibility and film strength.

[熱電変換モジュールの製造方法]
本発明の熱電変換モジュールの製造方法は、電極を形成する工程、熱電変換素子層を形成する工程、及び放熱板を形成する工程を含む。
以下、本発明に含まれる工程について、順次説明する。
[Method for manufacturing thermoelectric conversion module]
A method for manufacturing a thermoelectric conversion module of the present invention includes a step of forming electrodes, a step of forming a thermoelectric conversion element layer, and a step of forming a heat sink.
The steps included in the present invention will be sequentially described below.

〈電極形成工程〉
熱電変換モジュールの製造工程においては、基板上に前述した電極材料等を用い、電極を形成する電極形成工程を含む。前記基板上に電極を形成する方法としては、前記基板上にパターンが形成されていない電極を設けた後、フォトリソグラフィー法を主体とした公知の物理的処理もしくは化学的処理、又はそれらを併用する等により、所定のパターン形状に加工する方法、または、スクリーン印刷法、インクジェット法等により直接電極のパターンを形成する方法等が挙げられる。
パターンが形成されていない電極の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD(物理気相成長法)、もしくは熱CVD、原子層蒸着(ALD)等のCVD(化学気相成長法)等のドライプロセス、又はディップコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、グラビアコーティング法、ダイコーティング法、ドクターブレード法等の各種コーティングや電着法等のウェットプロセス、銀塩法、電解めっき法、無電解めっき法、金属箔の積層等が挙げられ、電極の材料に応じて適宜選択される。
<Electrode formation process>
The manufacturing process of the thermoelectric conversion module includes an electrode forming process of forming electrodes on a substrate using the above-described electrode material or the like. As a method for forming the electrodes on the substrate, after providing an electrode having no pattern formed on the substrate, a known physical treatment or chemical treatment mainly based on a photolithography method, or a combination thereof is used. or the like, or a method of directly forming an electrode pattern by a screen printing method, an inkjet method, or the like.
Methods for forming electrodes without a pattern include PVD (physical vapor deposition) such as vacuum deposition, sputtering, and ion plating, or CVD (chemical vapor deposition) such as thermal CVD and atomic layer deposition (ALD). vapor phase growth method), or various coatings such as dip coating method, spin coating method, spray coating method, gravure coating method, die coating method, doctor blade method, wet process such as electrodeposition method, silver salt method , electroplating method, electroless plating method, lamination of metal foil, etc., and are appropriately selected according to the material of the electrode.

〈熱電素子層形成工程〉
熱電変換モジュールの製造工程には、P型熱電素子層、N型熱電素子層を形成する熱電変換素子層形成工程を含む。本発明に用いるP型熱電素子層及びN型熱電素子層は、前記基板の一方の面上に前記熱電半導体組成物から形成されることが好ましい。前記熱電半導体組成物を、前記基板上に塗布する方法としては、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、スピンコート、ディップコート、ダイコート、スプレーコート、バーコート、ドクターブレード等の公知の方法が挙げられ、特に制限されない。塗膜をパターン状に形成する場合は、所望のパターンを有するスクリーン版を用いて簡便にパターン形成が可能なスクリーン印刷、スロットダイコート等が好ましく用いられる。
次いで、得られた塗膜を乾燥することにより、薄膜が形成されるが、乾燥方法としては、熱風乾燥、熱ロール乾燥、赤外線照射等、従来公知の乾燥方法が採用できる。加熱温度は、通常、80~150℃であり、加熱時間は、加熱方法により異なるが、通常、数秒~数十分である。
また、熱電半導体組成物の調製において溶媒を使用した場合、加熱温度は、使用した溶媒を乾燥できる温度範囲であれば、特に制限はない。
薄膜形成後、さらにアニール処理(以下、アニール処理Bということがある。)を行うことが好ましい。該アニール処理Bを行うことで、熱電性能を安定化させるとともに、薄膜中の熱電半導体微粒子を結晶成長させることができ、熱電性能をさらに向上させることができる。アニール処理Bは、特に限定されないが、通常、ガス流量が制御された、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、還元ガス雰囲気下、または真空条件下で行われ、用いるバインダー樹脂及びイオン液体等の耐熱温度等に依存するが、100~500℃で、数分~数十時間行われる。
<Thermoelectric element layer forming process>
The manufacturing process of the thermoelectric conversion module includes a thermoelectric conversion element layer forming process of forming a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer. The P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer used in the present invention are preferably formed from the thermoelectric semiconductor composition on one surface of the substrate. Examples of the method for applying the thermoelectric semiconductor composition onto the substrate include known methods such as screen printing, flexographic printing, gravure printing, spin coating, dip coating, die coating, spray coating, bar coating, and doctor blade. , is not particularly limited. When the coating film is formed in a pattern, screen printing, slot die coating, or the like, which allows easy pattern formation using a screen plate having a desired pattern, is preferably used.
Then, the obtained coating film is dried to form a thin film. As a drying method, a conventionally known drying method such as hot air drying, hot roll drying, infrared irradiation, or the like can be employed. The heating temperature is usually 80 to 150° C., and the heating time varies depending on the heating method, but is usually several seconds to several tens of minutes.
Moreover, when a solvent is used in the preparation of the thermoelectric semiconductor composition, the heating temperature is not particularly limited as long as it is within a temperature range where the solvent used can be dried.
After forming the thin film, it is preferable to further perform an annealing treatment (hereinafter sometimes referred to as annealing treatment B). By performing the annealing treatment B, the thermoelectric performance can be stabilized, and the thermoelectric semiconductor fine particles in the thin film can be crystal-grown, thereby further improving the thermoelectric performance. Annealing treatment B is not particularly limited, but is usually performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon with a controlled gas flow rate, in a reducing gas atmosphere, or under vacuum conditions. Although it depends on the heat resistance temperature, etc., it is performed at 100 to 500° C. for several minutes to several tens of hours.

〈放熱板形成工程〉
熱電変換モジュールの製造工程には、放熱板形成工程を含む。放熱板形成工程は熱電変換素子層上に放熱板を形成する工程である。
放熱板の形成は、公知の方法で行うことができ、例えば、放熱板を、熱電変換素子層の面に直接形成してもよいし、被覆層を介して形成してもよい。また、前記基板上に直接、又は、基板及び被覆層を介して形成してもよい。
前述したように、フォトリソグラフィー法を主体とした公知の物理的処理もしくは化学的処理、又はそれらを併用する等により、所定のパターン形状に加工したものを、前記、熱電変換素子層に直接、又は被覆層を介して貼り合わせてもよい。また、前記基板上に直接、又は、基板及び被覆層を介して貼り合わせてもよい。
<Heat sink forming process>
The manufacturing process of the thermoelectric conversion module includes a heat sink forming process. The heat sink forming step is a step of forming a heat sink on the thermoelectric conversion element layer.
The heat sink can be formed by a known method. For example, the heat sink may be formed directly on the surface of the thermoelectric conversion element layer or may be formed via a coating layer. Alternatively, it may be formed directly on the substrate, or via the substrate and the coating layer.
As described above, the material processed into a predetermined pattern shape by a known physical treatment or chemical treatment mainly based on the photolithography method, or by using them in combination, is applied directly to the thermoelectric conversion element layer, or You may bond together through a coating layer. Alternatively, it may be bonded directly onto the substrate, or through the substrate and the coating layer.

〈被覆層形成工程〉
熱電変換モジュールの製造工程には、被覆層形成工程を含むことが好ましい。被覆層形成工程は、被覆層を熱電変換素子層と放熱板との間に形成する工程である。
<Coating layer forming step>
The manufacturing process of the thermoelectric conversion module preferably includes a coating layer forming process. The coating layer forming step is a step of forming a coating layer between the thermoelectric conversion element layer and the radiator plate.

被覆層形成工程には、封止層形成工程を含むことが好ましい。封止層の形成は、公知の方法で行うことができ、例えば、前記熱電変換素子層の面に直接、又は前記基板を介して形成してもよい。また、予め剥離シート上に形成した封止層を、前記熱電変換素子層に貼り合わせて、封止層を熱電変換素子層に転写させて形成してもよい。さらに、封止層は、2種以上積層してよいし、他の被覆層を介してもよい。 The covering layer forming step preferably includes a sealing layer forming step. The formation of the sealing layer can be performed by a known method, and for example, it may be formed directly on the surface of the thermoelectric conversion element layer or via the substrate. Alternatively, a sealing layer formed on a release sheet in advance may be attached to the thermoelectric conversion element layer, and the sealing layer may be transferred to the thermoelectric conversion element layer. Furthermore, two or more kinds of sealing layers may be laminated, or another coating layer may be interposed therebetween.

被覆層形成工程には、ガスバリア層形成工程を含むことが好ましい。ガスバリア層の形成は、公知の方法で行うことができ、例えば、前記熱電変換素子層の面に直接、又は前記基板を介して形成してもよい。また、予め剥離シート上に形成したガスバリア層を、前記熱電変換素子層に貼り合わせて、ガスバリア層を熱電変換素子層に転写させて形成してもよいし、ガスバリア層を有する基材を、熱電変換素子層に対向させ積層してもよい。また、ガスバリア層は、2種以上積層してもよく、他の被覆層を介してもよい。 The coating layer forming step preferably includes a gas barrier layer forming step. The gas barrier layer can be formed by a known method, and for example, it may be formed directly on the surface of the thermoelectric conversion element layer or via the substrate. Alternatively, a gas barrier layer previously formed on a release sheet may be attached to the thermoelectric conversion element layer, and the gas barrier layer may be transferred to the thermoelectric conversion element layer. It may be laminated so as to face the conversion element layer. Moreover, two or more kinds of gas barrier layers may be laminated, and other coating layers may be interposed therebetween.

本発明の製造方法によれば、簡便な方法で、上下放熱板の重なりが抑制され、高い熱電性能が維持される熱電変換モジュールを製造することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a thermoelectric conversion module in which overlapping of upper and lower heat sinks is suppressed and high thermoelectric performance is maintained by a simple method.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited by these examples.

実施例で作製した熱電変換モジュールの出力評価、伝熱効率評価、さらに、上下放熱板間隔評価は以下の方法で行った。
(a)出力評価
実施例で作製した熱電変換モジュールの一方の面をホットプレート(アズワン社製、型名:HP-2SA)で40℃に加熱した状態で保持し、他方の面を水冷式チラー[冷却水循環装置(アズワン社製、型名:LTCi―150HP)、及び薄型水冷プレート(高木製作所社製)]で30℃に冷却することで、10℃の温度差を付与し、ディジタルハイテスタ(日置電機社製、型名:3801-50)により、熱電変換モジュールの熱電変換素子層の両端の取り出し電極部からの出力[起電力](mV/℃)を測定した。
(b)伝熱効率評価
実施例で作製した熱電変換モジュールに対し、出力評価と同様にホットプレートと水冷式チラーを用い、温度差を外部から付与した状態で、P型熱電素子層とN型熱電素子層との配列方向の、P型熱電素子層とN型熱電素子層との境界において、P型熱電素子層の両端部の境界間及びN型熱電素子層の両端部の境界間に生じた温度差ΔTTEを求め、伝熱効率[(ΔTTE/ΔTModule)×100(%)]を算出し、以下の基準で評価した。
A:伝熱効率40%以上
B:伝熱効率40%未満
ここで、ΔTTEは、熱電変換モジュールの素子1対当たりの起電力を、P型熱電素子とN型熱電素子のそれぞれのゼーベック係数[P型熱電素子(ゼーベック係数):205μV/K、N型熱電素子(ゼーベック係数):-118μV/K]の絶対値の和で除することで求めた。
また、ΔTModuleは、熱電変換モジュールの一方の面とホットプレートの間、また、熱電変換モジュールの他方の面と水冷式チラーの間に、熱電対(MiSUMi-VONA社製、型名:TH-8196)を設けた銅板を設置することにより求めた。
(c)第1の放熱板と第2の放熱板との間隔評価
実施例で作製した熱電変換モジュールのP型熱電素子層とN型熱電素子層との配列方向の断面を、デジタル顕微鏡(キーエンス社製、型名:VHX-5000)を用いて観察し、P型熱電素子層の両端の、隣接するN型熱電素子層との境界を跨ぐ第1の放熱板と第2の放熱板との間隔を測定した。同様に、N型熱電素子層の両端の、隣接するP型熱電素子層との境界を跨ぐ第1の放熱板と第2の放熱板との間隔を測定した。そして、P型熱電素子層の配列方向における長さと、N型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する、第1の放熱板と第2の放熱板との間隔の比をそれぞれ求めた。
なお、熱電変換素子層の厚さ方向に沿い第1の放熱板と第2の放熱板とに重なりが生じている場合は、当該重なりが生じている距離を第1の放熱板と第2の放熱板との間隔と定義し、P型熱電素子層の配列方向における長さと、N型熱電素子層の配列方向における長さとの和に対する第1の放熱板と第2の放熱板との間隔の比を求め、得られた値に負の記号を付した。
The output evaluation, heat transfer efficiency evaluation, and upper and lower heat sink spacing evaluation of the thermoelectric conversion modules produced in Examples were performed by the following methods.
(a) Output evaluation One surface of the thermoelectric conversion module prepared in the example was held while being heated to 40 ° C. with a hot plate (manufactured by AS ONE, model name: HP-2SA), and the other surface was a water-cooled chiller. By cooling to 30 ° C. with [cooling water circulation device (manufactured by AS ONE, model name: LTCi-150HP) and thin water cooling plate (manufactured by Takagi Seisakusho)], a temperature difference of 10 ° C. is given, and the digital high tester (manufactured by Takagi Seisakusho) The output [electromotive force] (mV/° C.) from lead-out electrode portions at both ends of the thermoelectric conversion element layer of the thermoelectric conversion module was measured using a model name: 3801-50 manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.).
(b) Heat transfer efficiency evaluation For the thermoelectric conversion module produced in the example, a hot plate and a water-cooled chiller were used in the same manner as in the output evaluation, and a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer At the boundary between the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer in the arrangement direction with the element layer, between the boundaries of both ends of the P-type thermoelectric element layer and between the boundaries of both ends of the N-type thermoelectric element layer A temperature difference ΔT TE was obtained, and heat transfer efficiency [(ΔT TE /ΔT Module )×100(%)] was calculated and evaluated according to the following criteria.
A: Heat transfer efficiency of 40% or more B: Heat transfer efficiency of less than 40% Here, ΔT TE is the electromotive force per pair of elements of the thermoelectric conversion module, and the Seebeck coefficient [P Type thermoelectric element (Seebeck coefficient): 205 μV/K, N-type thermoelectric element (Seebeck coefficient): −118 μV/K].
In addition, the ΔT Module has a thermocouple (manufactured by MiSUMi-VONA, model name: TH- 8196) was installed.
(c) Evaluation of the distance between the first heat sink and the second heat sink company, model name: VHX-5000), and the first heat sink and the second heat sink straddling the boundary between the adjacent N-type thermoelectric element layers at both ends of the P-type thermoelectric element layer distance was measured. Similarly, the distance between the first heat sink and the second heat sink across the boundary between the adjacent P-type thermoelectric element layers at both ends of the N-type thermoelectric element layer was measured. Then, the ratio of the distance between the first heat sink and the second heat sink to the sum of the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers and the length in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layers was obtained.
Note that when the first heat sink and the second heat sink overlap along the thickness direction of the thermoelectric conversion element layer, the distance at which the overlap occurs is the distance between the first heat sink and the second heat sink. Defined as the distance from the heat sink, the distance between the first heat sink and the second heat sink with respect to the sum of the length in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layer and the length in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer A ratio was determined and the resulting value was given a negative sign.

(実施例1)
(熱電半導体粒子の作製方法)
ビスマス-テルル系熱電半導体材料であるP型ビスマステルライドBi0.4TeSb1.6(高純度化学研究所製、最大粒径:90μm以下)を、遊星型ボールミル(フリッチュジャパン社製、Premium line P-7)を使用し、粉砕することで、平均粒径1.2μmの熱電半導体粒子T1を作製した。T1の平均粒径は、粉砕して得られた熱電半導体粒子に関して、レーザー回折式粒度分析装置(Malvern社製、マスターサイザー3000)により粒度分布測定を行うことにより得た。
また、ビスマス-テルル系熱電半導体材料であるN型ビスマステルライドBiTe(高純度化学研究所製、最大粒径:90μm以下)を上記と同様に粉砕し、平均粒径1.4μmの熱電半導体微粒子T2を作製した。T2の平均粒径は、T1の平均粒径と同様に粉砕して得られた熱電半導体粒子に関して、レーザー回折式粒度分析装置(Malvern社製、マスターサイザー3000)により粒度分布測定を行うことにより得た。
(熱電半導体組成物の作製)
・塗工液(P)
得られたP型ビスマス-テルル系熱電半導体材料の粒子T1を75.7質量%、ポリアミドイミド溶液(荒川化学工業社製、製品名:コンポラセンAI301、溶媒:N-メチルピロリドン、固形分濃度:19質量%)12.7質量%、及びイオン液体(広栄化学工業社製、品名:IL-P18B)8.8質量%、希釈剤(N-メチルピロリドン:ブチルセロソルブ=8質量%:2質量%)2.8質量%を混合分散した熱電半導体組成物からなる塗工液(P)を調製した。
・塗工液(N)
得られたN型ビスマス-テルル系熱電半導体材料の微粒子T2を82.3質量%、ポリアミドイミド溶液(荒川化学工業社製、製品名:コンポラセンAI301、溶媒:N-メチルピロリドン、固形分濃度:19質量%)13.2質量%、及びイオン液体(広栄化学工業社製、製品名:IL-P18B)4.5質量%を混合分散した熱電半導体組成物からなる塗工液(N)を調製した。
(Example 1)
(Method for producing thermoelectric semiconductor particles)
P-type bismuth telluride Bi 0.4 Te 3 Sb 1.6 (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory, maximum particle size: 90 μm or less), which is a bismuth-tellurium thermoelectric semiconductor material, is milled in a planetary ball mill (manufactured by Fritsch Japan, Premium Line P-7) was used to produce thermoelectric semiconductor particles T1 having an average particle size of 1.2 μm. The average particle size of T1 was obtained by measuring the particle size distribution of the pulverized thermoelectric semiconductor particles using a laser diffraction particle size analyzer (Mastersizer 3000 manufactured by Malvern).
In addition, N-type bismuth telluride Bi 2 Te 3 (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd., maximum particle size: 90 μm or less), which is a bismuth-tellurium thermoelectric semiconductor material, was pulverized in the same manner as above to obtain a thermoelectric material having an average particle size of 1.4 μm. A semiconductor fine particle T2 was produced. The average particle size of T2 is obtained by measuring the particle size distribution of the thermoelectric semiconductor particles obtained by pulverization in the same manner as the average particle size of T1, using a laser diffraction particle size analyzer (Malvern, Mastersizer 3000). rice field.
(Preparation of thermoelectric semiconductor composition)
・Coating liquid (P)
Particles T1 of the obtained P-type bismuth-tellurium thermoelectric semiconductor material were added to 75.7% by mass, and a polyamideimide solution (manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd., product name: Comporacene AI301, solvent: N-methylpyrrolidone, solid content concentration: 19 % by mass) 12.7% by mass, and ionic liquid (manufactured by Koei Chemical Industry Co., Ltd., product name: IL-P18B) 8.8% by mass, diluent (N-methylpyrrolidone: butyl cellosolve = 8% by mass: 2% by mass) 2 A coating liquid (P) comprising a thermoelectric semiconductor composition in which 8% by mass was mixed and dispersed was prepared.
・Coating liquid (N)
82.3% by mass of fine particles T2 of the obtained N-type bismuth-tellurium thermoelectric semiconductor material, a polyamideimide solution (manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd., product name: Comporacene AI301, solvent: N-methylpyrrolidone, solid content concentration: 19 13.2% by mass) and 4.5% by mass of an ionic liquid (manufactured by Koei Chemical Industry Co., Ltd., product name: IL-P18B) were mixed and dispersed to prepare a coating liquid (N) consisting of a thermoelectric semiconductor composition. .

(電極の形成及び配置)
図3は本発明の実施例に用いたP型熱電素子層及びN型熱電素子層からなる熱電変換素子層と電極との位置関係の一例を示す平面図であり、(a)はポリイミド基板上に形成した電極の配置に係る概念図を示し、(b)は電極上に形成したP型熱電素子層及びN型熱電素子層からなる熱電変換素子層の配置に係る概念図を示す。
電極3は、銅箔を添付したポリイミド基板2a(宇部エクシモ社製、製品名:ユピセルN、ポリイミド基板厚み:50μm、銅箔:9μm)を準備し、ポリイミド基板2上の銅箔を、塩化第二鉄溶液を用いウェットエッチングし、後述するP型熱電素子層4及びN型熱電素子層5の配列に対応するように電極パターンとして形成し、次いで、パターニングされた銅箔上に、無電解めっきによりニッケル層(厚さ:3μm)を積層し、さらにニッケル層上に無電解めっきにより金層(厚さ:40nm)を積層することで、電極3のパターン層を形成した。電極3の各サイズは、550μm×800μmであり、3aは、熱電変換素子層7の各列の連結用電極(サイズ:550μm×2.4mm)であり、3bは起電力取り出し用電極(サイズ:3mm×5mm)であり、6はP型熱電素子層4とN型熱電素子層との境界を示す。
(Formation and arrangement of electrodes)
FIG. 3 is a plan view showing an example of the positional relationship between a thermoelectric conversion element layer composed of a P-type thermoelectric element layer and an N-type thermoelectric element layer and electrodes used in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a conceptual diagram related to the arrangement of the electrodes formed in FIG. 2, and (b) shows a conceptual diagram related to the arrangement of the thermoelectric conversion element layer composed of the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer formed on the electrodes.
For the electrode 3, a polyimide substrate 2a (manufactured by Ube Exsimo Co., Ltd., product name: Upicel N, polyimide substrate thickness: 50 μm, copper foil: 9 μm) to which copper foil is attached is prepared. Wet etching using a diiron solution, forming an electrode pattern so as to correspond to the arrangement of the P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer 5 described later, and then electroless plating on the patterned copper foil A pattern layer of the electrode 3 was formed by laminating a nickel layer (thickness: 3 μm) by laminating a nickel layer (thickness: 3 μm) and further laminating a gold layer (thickness: 40 nm) on the nickel layer by electroless plating. Each size of the electrodes 3 is 550 μm×800 μm, 3a is a connection electrode (size: 550 μm×2.4 mm) for each row of the thermoelectric conversion element layer 7, and 3b is an electromotive force extraction electrode (size: 3 mm×5 mm), and 6 indicates the boundary between the P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer.

(熱電素子層の形成及び配置)
前記ポリイミド基板2a上の電極3上に、長さ1mm(L)×0.8mmのP型熱電素子層4と、長さ1mm(L)×0.8mmのN型熱電素子層5とが交互に配置されるように、まず、上記で調製した塗工液(N)を、板厚が80μm、開口が1mm×0.8mmの印刷版を用いて、スクリーン印刷法により前記ポリイミド基板2a上に塗布し、温度125℃で、10分間大気下で乾燥し、次いで、同様に、上記で調製した塗工液(P)を、板厚が30μm、開口が1mm×0.8mmの印刷版を用いて、前記ポリイミド基板2a上に塗布し、温度125℃で、10分間大気下で乾燥した。さらに、得られたそれぞれの薄膜に対し、水素とアルゴンの混合ガス(水素:アルゴン=3体積%:97体積%)雰囲気下で、加温速度5K/minで昇温し、310℃で30分間保持し、アニール処理を行うことにより、熱電半導体粒子を結晶成長させ、P型熱電素子層4及びN型熱電素子層5を作製した。
得られたP型熱電素子層4とN型熱電素子層5は、長さ0.8mmの辺で接するように隣接して1つの対となっている。P型熱電素子層4及びN型熱電素子層5は、合計408対形成され、ポリイミド基板2の面内に、電気的に直列になるように配置され、熱電変換素子層7を構成しており、該熱電変換素子層7は折り返し構造を有している。具体的には、P型熱電素子層4とN型熱電素子層5とを17対連結したものを一列として、これを24列設けた。熱電変換素子層7の各列は、連結用電極3aにより、電気的に直列接続されている。なお、上記熱電変換素子層7及び電極3の配置は、概念的に示したものであり、実際に作製した熱電変換素子層7及び電極3とは、サイズ比及び個数が異なる。
(Formation and Arrangement of Thermoelectric Element Layer)
A P-type thermoelectric element layer 4 with a length of 1 mm (L P )×0.8 mm and an N-type thermoelectric element layer 5 with a length of 1 mm (L N )×0.8 mm are formed on the electrodes 3 on the polyimide substrate 2a. First, the coating liquid (N) prepared above is applied to the polyimide substrate 2a by screen printing using a printing plate having a plate thickness of 80 μm and an opening of 1 mm × 0.8 mm so that are alternately arranged. and dried in the atmosphere at a temperature of 125 ° C. for 10 minutes. was applied onto the polyimide substrate 2a using a , and dried in the atmosphere at a temperature of 125° C. for 10 minutes. Furthermore, each of the obtained thin films was heated at a heating rate of 5 K/min in a mixed gas atmosphere of hydrogen and argon (hydrogen: argon = 3% by volume: 97% by volume) to 310°C for 30 minutes. By holding and annealing, the thermoelectric semiconductor particles were crystal-grown, and the P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer 5 were produced.
The P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer 5 thus obtained form a pair adjacent to each other so as to be in contact with each other at a side having a length of 0.8 mm. A total of 408 pairs of P-type thermoelectric element layers 4 and N-type thermoelectric element layers 5 are formed and arranged in series electrically in the plane of the polyimide substrate 2 to form a thermoelectric conversion element layer 7. , the thermoelectric conversion element layer 7 has a folded structure. Specifically, 17 pairs of the P-type thermoelectric element layers 4 and the N-type thermoelectric element layers 5 were connected to form one line, and 24 lines were provided. Each column of the thermoelectric conversion element layer 7 is electrically connected in series by the connecting electrode 3a. The arrangement of the thermoelectric conversion element layer 7 and the electrodes 3 is conceptually shown, and the size ratio and the number of the thermoelectric conversion element layers 7 and the electrodes 3 are different from those of the thermoelectric conversion element layer 7 and the electrodes 3 actually produced.

(被覆層及び放熱板の配置)
図2を用い、作製した熱電変換モジュールの断面構成を説明する。
アルミニウム膜を蒸着したPETフィルム(三菱伸銅社製、PETフィルム厚さ:12μm、アルミニウム膜厚さ:4nm)を用い、その両面に粘接着性を有する接着層(ソマール社製、商品名:EP-0002EF-01MB、厚さ:25μm)をラミネートした構成の被覆層11を作製した。ラミネートは、70℃で行った。
ポリイミド基板2a上のP型熱電素子層4とN型熱電素子層5とからなる熱電変換素子層7の第2の表面側8には上記の被覆層11を介して、また熱電変換素子層7の第1の表面側8にはポリイミド基板2a、及び粘接着性を有する接着層(ソマール社製、商品名:EP-0002EF-01MB、厚さ:25μm)の単層からなる被覆層11をこの順に介して、高熱伝導性材料(銅箔)からなる以下の第1の放熱板9、第2の放熱板9を、図2に示すように、境界6を跨ぐように配置した。
・第1の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.500mm、LAL:0.250mm、LAR:0.250mm、奥行き:100mm)
・第2の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.500mm、LBL:0.250mm、LBR:0.250mm、奥行き:100mm)
[D:0.500mm、D:0.500mm、L:1.000mm、L:1.000mm、D:0.500mm、比D/(L+L):0.250、比D/(L+L):0.250]
(Arrangement of coating layer and heat sink)
A cross-sectional configuration of the fabricated thermoelectric conversion module will be described with reference to FIG.
Using a PET film (manufactured by Mitsubishi Shindoh Co., Ltd., PET film thickness: 12 μm, aluminum film thickness: 4 nm) on which an aluminum film is vapor-deposited, an adhesive layer (manufactured by Somar Co., product name: EP-0002EF-01MB, thickness: 25 μm) was laminated to form a coating layer 11B . Lamination was performed at 70°C.
On the second surface side 8B of the thermoelectric conversion element layer 7 consisting of the P-type thermoelectric element layer 4 and the N-type thermoelectric element layer 5 on the polyimide substrate 2a, the thermoelectric conversion elements are attached via the coating layer 11B . On the first surface side 8A of the layer 7, a coating consisting of a single layer of a polyimide substrate 2a and an adhesive layer having adhesiveness (manufactured by Somar, trade name: EP-0002EF-01MB, thickness: 25 μm) Through the layer 11A in this order, a first heat sink 9A and a second heat sink 9B made of a high thermal conductivity material (copper foil) are placed across the boundary 6 as shown in FIG. placed in
・First radiator plate 9A
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LA : 0.500 mm, L AL : 0.250 mm, LAR : 0.250 mm, depth: 100 mm)
・Second heat sink 9B
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LB : 0.500 mm, L BL : 0.250 mm, L BR : 0.250 mm, depth: 100 mm)
[ DP : 0.500 mm, DN : 0.500 mm, LP : 1.000 mm, LN : 1.000 mm, DN : 0.500 mm, ratio DP / ( LP + LN ): 0.250 , the ratio D N /(L P +L N ): 0.250]

熱電変換素子層7への被覆層11のラミネート及び基板への粘着層の単層からなる被覆層11のラミネートは、真空下、90℃、0.2MPaで10秒間行った。また、被覆層11への第2の放熱板9のラミネート及び接着層の単層からなる被覆層11への第1の放熱板9のラミネートは、真空下、90℃で10秒間行った。その後、常圧下、150℃で30分間、熱電変換モジュールを静置し、粘接着性を有する接着層を硬化させ、熱電変換モジュールを得た。 The lamination of the covering layer 11B to the thermoelectric conversion element layer 7 and the lamination of the covering layer 11A consisting of a single adhesive layer to the substrate were carried out under vacuum at 90° C. and 0.2 MPa for 10 seconds. In addition, the lamination of the second heat sink 9B to the coating layer 11B and the lamination of the first heat sink 9A to the coating layer 11A consisting of a single adhesive layer were carried out at 90°C for 10 seconds under vacuum. gone. After that, the thermoelectric conversion module was allowed to stand at 150° C. under normal pressure for 30 minutes to cure the adhesive layer having tackiness, thereby obtaining a thermoelectric conversion module.

(実施例2)
実施例1において、第1の放熱板9及び 第2の放熱板9を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして熱電変換モジュールを作製した。
・第1の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.750mm、LAL:0.375mm、LAR:0.375mm、奥行き:100mm)
・第2の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.750mm、LBL:0.375mm、LBR:0.375mm、奥行き:100mm)
[D:0.250mm、D:0.250mm、L:1.000mm、L:1.000mm、比D/(L+L):0.125、比D/(L+L):0.125]
(Example 2)
In Example 1, the first heat sink 9A and A thermoelectric conversion module was produced in the same manner as in Example 1, except that the second heat sink 9B was changed as follows.
・First radiator plate 9A
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 µm, LA : 0.750 mm, L AL : 0.375 mm, LAR : 0.375 mm, depth: 100 mm)
・Second heat sink 9B
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LB : 0.750 mm, L BL : 0.375 mm, L BR : 0.375 mm, depth: 100 mm)
[ DP : 0.250 mm, DN : 0.250 mm, LP : 1.000 mm, LN : 1.000 mm, ratio DP / ( LP + LN ): 0.125, ratio DN / (L P + LN ): 0.125]

(実施例3)
実施例1において、第1の放熱板9及び 第2の放熱板9を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして熱電変換モジュールを作製した。
・第1の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.750mm、LAL:0.300mm、LAR:0.450mm、奥行き:100mm)
・第2の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:0.750mm、LBL:0.450mm、LBR:0.300mm、奥行き:100mm)
[D:0.100mm、D:0.400mm、L:1.000mm、L:1.000mm、比D/(L+L):0.050、比D/(L+L):0.200]
(Example 3)
In Example 1, the first heat sink 9A and A thermoelectric conversion module was produced in the same manner as in Example 1, except that the second heat sink 9B was changed as follows.
・First radiator plate 9A
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 µm, LA : 0.750 mm, L AL : 0.300 mm, LAR : 0.450 mm, depth: 100 mm)
・Second heat sink 9B
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LB : 0.750 mm, L BL : 0.450 mm, L BR : 0.300 mm, depth: 100 mm)
[ DP : 0.100 mm, DN : 0.400 mm, LP : 1.000 mm, LN : 1.000 mm, ratio DP /( LP + LN ): 0.050, ratio DN / (L P + LN ): 0.200]

(比較例1)
実施例1において、第1の放熱板9及び 第2の放熱板9を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして熱電変換モジュールを作製した。
・第1の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:1.000mm、LAL:0.420mm、LAR:0.580mm、奥行き:100mm)
・第2の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:1.000mm、LBL:0.580mm、LBR:0.420mm、奥行き:100mm)
[D:-0.080mm、D:0.080mm、L:1.000mm、L:1.000mm、比D/(L+L):-0.040、比D/(L+L):0.040]
(Comparative example 1)
In Example 1, the first heat sink 9A and A thermoelectric conversion module was produced in the same manner as in Example 1, except that the second heat sink 9B was changed as follows.
・First radiator plate 9A
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LA : 1.000 mm, L AL : 0.420 mm, LAR : 0.580 mm, depth: 100 mm)
・Second heat sink 9B
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LB : 1.000 mm, L BL : 0.580 mm, L BR : 0.420 mm, depth: 100 mm)
[D P : -0.080 mm, D N : 0.080 mm, L P : 1.000 mm, L N : 1.000 mm, ratio D P / (L P + L N ): -0.040, ratio D N / (L P + L N ): 0.040]

(比較例2)
実施例1において、第1の放熱板9及び 第2の放熱板9を以下のように変更した以外は、実施例1と同様にして熱電変換モジュールを作製した。
・第1の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:1.100mm、LAL:0.450mm、LAR:0.650mm、奥行き:100mm)
・第2の放熱板9
(C1020、熱伝導率:398(W/m・K)、厚さ:200μm、L:1.100mm、LBL:0.650mm、LBR:0.450mm、奥行き:100mm)
[D:-0.300mm、D:0.100mm、L:1.000mm、L:1.000mm、比D/(L+L):-0.150、比D/(L+L):0.050]
(Comparative example 2)
In Example 1, the first heat sink 9A and A thermoelectric conversion module was produced in the same manner as in Example 1, except that the second heat sink 9B was changed as follows.
・First radiator plate 9A
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 µm, LA : 1.100 mm, L AL : 0.450 mm, LAR : 0.650 mm, depth: 100 mm)
・Second heat sink 9B
(C1020, thermal conductivity: 398 (W/m·K), thickness: 200 μm, LB : 1.100 mm, L BL : 0.650 mm, L BR : 0.450 mm, depth: 100 mm)
[D P : −0.300 mm, D N : 0.100 mm, L P : 1.000 mm, L N : 1.000 mm, ratio D P /(L P +L N ): −0.150, ratio D N / (L P + L N ): 0.050]

実施例1~3及び比較例1~2で作製した熱電変換モジュールの出力[起電力]、伝熱効率及び上下放熱板間隔の評価結果を表1に示す。 Table 1 shows the evaluation results of the output [electromotive force], heat transfer efficiency, and the distance between the upper and lower heat sinks of the thermoelectric conversion modules produced in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2.

Figure 2023046931000002
Figure 2023046931000002

第1の放熱板9と第2の放熱板9間の間隔D、第2の放熱板9と第1の放熱板9間の間隔D、P型熱電素子層の長さ(配列方向)L、及びN型熱電素子層の長さ(配列方向)Lを用いて定義される、比D/(L+L)、比D/(L+L)が、本発明に規定される特定の値を満たす実施例1~3は、これを満たさない比較例1~2に比べ、起電力及び伝熱効率が優れており、熱電性能の低下が抑制されることが分かる。 The distance D P between the first heat sink 9 A and the second heat sink 9 B , the distance D N between the second heat sink 9 B and the first heat sink 9 A , the length of the P-type thermoelectric element layer The ratio D P /(L P +L N ), the ratio D N / ( L P +L N ) defined using the (arrangement direction) L P and the length (arrangement direction) L N of the N - type thermoelectric element layer However, Examples 1 to 3, which satisfy the specific values stipulated in the present invention, are superior in electromotive force and heat transfer efficiency compared to Comparative Examples 1 and 2, which do not satisfy them, and the deterioration of thermoelectric performance is suppressed. I understand.

本発明の熱電変換モジュールの構成は、上下放熱板の重なりによる面内方向に発生する温度差の低下が抑制され、高い熱電性能を維持できることから、インプレーン型の熱電変換モジュールに適用される。 The configuration of the thermoelectric conversion module of the present invention is applied to an in-plane type thermoelectric conversion module because it suppresses a decrease in the temperature difference generated in the in-plane direction due to the overlapping of the upper and lower heat sinks, and can maintain high thermoelectric performance.

1A、1B:熱電変換モジュール
2:基板
2a:ポリイミド基板
3:電極
3a:熱電変換素子層の各列の連結用電極
3b:起電力取り出し用電極
4:P型熱電素子層
5:N型熱電素子層
6:境界
7:熱電変換素子層(P型熱電素子層/N型熱電素子層)
:第1の表面側
:第2の表面側
:第1の放熱板
:第2の放熱板
10:配列方向
11:第1被覆層
11:第2被覆層
:第1の放熱板9と第2の放熱板9間の間隔(P型熱電素子層両端部境界内)
:第2の放熱板9と第1の放熱板9間の間隔(N型熱電素子層両端部境界内)
:P型熱電素子層の長さ(配列方向)
:N型熱電素子層の長さ(配列方向)
:第1の放熱板9の長さ
AL:第1の放熱板9の境界6を始点とした配列方向10とは反対方向の長さ
AR:第1の放熱板9の境界6を始点とした配列方向10の長さ
:第2の放熱板9の長さ
BL:第2の放熱板9の境界6を始点とした配列方向10とは反対方向の長さ
BR:第2の放熱板9の境界6を始点とした配列方向10の長さ
1A, 1B: thermoelectric conversion module 2: substrate 2a: polyimide substrate 3: electrode 3a: connection electrode 3b for each row of thermoelectric conversion element layer: electromotive force extraction electrode 4: P-type thermoelectric element layer 5: N-type thermoelectric element Layer 6: Boundary 7: Thermoelectric conversion element layer (P-type thermoelectric element layer/N-type thermoelectric element layer)
8 A : First surface side 8 B : Second surface side 9 A : First heat sink 9 B : Second heat sink 10: Arrangement direction 11 A : First coating layer 11 B : Second coating layer D P : Distance between the first heat sink 9A and the second heat sink 9B (within the boundaries of both ends of the P-type thermoelectric element layer)
D N : Distance between the second heat sink 9 B and the first heat sink 9 A (within the boundaries of both ends of the N-type thermoelectric element layer)
L P : Length of P-type thermoelectric element layer (arrangement direction)
L N : Length of N-type thermoelectric element layer (arrangement direction)
L A : Length of the first heat sink 9A L AL : Length in the direction opposite to the arrangement direction 10 starting from the boundary 6 of the first heat sink 9A L AR : First heat sink 9A Length L B of the arrangement direction 10 starting from the boundary 6 of the second heat sink 9B : Length L BL of the second heat sink 9B : A direction opposite to the arrangement direction 10 starting from the boundary 6 of the second heat sink 9B Length L BR : length in the arrangement direction 10 starting from the boundary 6 of the second heat sink 9B

Claims (8)

P型熱電素子層とN型熱電素子層とが交互に且つ互いに接するように配列されてなり、従って前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との境界が、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層との配列方向に間隔をおいて存在する熱電変換素子層と、
前記熱電変換素子層の第1の表面側に、前記境界を跨ぐように設置されており、前記P型熱電素子層と前記N型熱電素子層とを直列に接続している電極と、
前記熱電変換素子層の前記第1の表面側に、前記境界及び前記電極を覆うように設置された第1の放熱板と、
前記熱電変換素子層の前記第2の表面側に、前記境界を覆うように設置された第2の放熱板と、
を有する熱電変換モジュールであって、
前記第1の放熱板及び前記第2の放熱板は、前記配列方向に間隔をおいて存在する前記境界に対し、前記配列方向の前記第1の表面側の前記境界、及び前記第2の表面側の前記境界に交互に覆うように設置されており、
前記P型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第1の放熱板と前記第2の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記N型熱電素子層の前記配列方向における隣り合う前記第2の放熱板と前記第1の放熱板との間の前記配列方向における間隔をD、前記P型熱電素子層の前記配列方向における長さをL、前記N型熱電素子層の前記配列方向における長さをLとすると、比D/(L+L)は0.005~0.300であり、比D/(L+L)は0.005~0.300である、熱電変換モジュール。
P-type thermoelectric element layers and N-type thermoelectric element layers are arranged alternately and in contact with each other. and a thermoelectric conversion element layer present at intervals in the arrangement direction of the N-type thermoelectric element layer,
an electrode disposed on the first surface side of the thermoelectric conversion element layer so as to straddle the boundary and connecting the P-type thermoelectric element layer and the N-type thermoelectric element layer in series;
a first radiator plate installed on the first surface side of the thermoelectric conversion element layer so as to cover the boundary and the electrode;
a second radiator plate installed on the second surface side of the thermoelectric conversion element layer so as to cover the boundary;
A thermoelectric conversion module having
The first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate have the boundary on the first surface side in the arrangement direction and the second surface with respect to the boundary spaced apart in the arrangement direction. It is installed so as to alternately cover the border on the side,
D P is the interval in the arrangement direction between the first heat dissipation plate and the second heat dissipation plate that are adjacent to each other in the arrangement direction of the P-type thermoelectric element layers, and D N is the interval in the arrangement direction between the adjacent second heat dissipation plate and the first heat dissipation plate, L P is the length of the P-type thermoelectric element layer in the arrangement direction, and the N-type thermoelectric element When the length of the layer in the arrangement direction is L N , the ratio D P /(L P +L N ) is 0.005 to 0.300, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.005 to Thermoelectric conversion module, which is 0.300.
前記第1の放熱板及び第2の放熱板が、それぞれ独立に、金属材料、セラミック材料、金属材料と樹脂との混合物、及びセラミック材料と樹脂との混合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載の熱電変換モジュール。 The first heat sink and the second heat sink are each independently made of at least one selected from the group consisting of a metal material, a ceramic material, a mixture of a metal material and a resin, and a mixture of a ceramic material and a resin. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein 前記第1の放熱板及び第2の放熱板の熱伝導率が、それぞれ独立に、5~500W/(m・K)である、請求項1又は2に記載の熱電変換モジュール。 3. The thermoelectric conversion module according to claim 1, wherein the thermal conductivity of said first heat sink and said second heat sink are each independently 5 to 500 W/(m·K). 前記第1の放熱板及び第2の放熱板の厚さが、それぞれ独立に、40~550μmである、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 The thermoelectric conversion module according to any one of claims 1 to 3, wherein thicknesses of said first heat sink and second heat sink are independently 40 to 550 µm. 前記熱電変換素子層の第1の表面側と前記第1の放熱板との間にさらに第1の基板を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 5. The thermoelectric conversion module according to claim 1, further comprising a first substrate between the first surface side of said thermoelectric conversion element layer and said first heat sink. 前記第1の基板と前記第1の放熱板との間にさらに第1の被覆層を含む、請求項5に記載の熱電変換モジュール。 6. The thermoelectric conversion module according to claim 5, further comprising a first coating layer between said first substrate and said first radiator plate. 前記熱電変換素子層の第2の表面側と前記第2の放熱板との間にさらに第2の基板及び/又は第2の被覆層を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 7. The thermoelectric conversion element layer according to any one of claims 1 to 6, further comprising a second substrate and/or a second coating layer between the second surface side of the thermoelectric conversion element layer and the second heat sink. thermoelectric conversion module. 前記比D/(L+L)は0.010~0.270であり、前記比D/(L+L)は0.010~0.270である、請求項1~7のいずれか1項に記載の熱電変換モジュール。 The method of claims 1 to 7, wherein the ratio D P /(L P +L N ) is 0.010 to 0.270, and the ratio D N /(L P +L N ) is 0.010 to 0.270. The thermoelectric conversion module according to any one of items 1 and 2.
JP2021155783A 2021-09-24 2021-09-24 Thermoelectric conversion module Pending JP2023046931A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021155783A JP2023046931A (en) 2021-09-24 2021-09-24 Thermoelectric conversion module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021155783A JP2023046931A (en) 2021-09-24 2021-09-24 Thermoelectric conversion module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023046931A true JP2023046931A (en) 2023-04-05

Family

ID=85778063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021155783A Pending JP2023046931A (en) 2021-09-24 2021-09-24 Thermoelectric conversion module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023046931A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7303741B2 (en) Thermoelectric conversion element layer and manufacturing method thereof
WO2018139475A1 (en) Flexible thermoelectric conversion element and method for manufacturing same
EP3498452A2 (en) Method and apparatus for forming three-dimensional curved surface on laminated substrate, and three-dimensional curved laminated substrate
KR102020155B1 (en) Thermoelectric device and manufacturing method thereof
US9219179B2 (en) Multilayer thin-film back contact system for flexible photovoltaic devices on polymer substrates
EP2410584B1 (en) Method for manufacturing thermoelectric cell
WO2020045379A1 (en) Production method for chip made of thermoelectric conversion material and method for manufacturing thermoelectric conversion module using chip obtained by said production method
JP7151437B2 (en) 3D CURVED LAMINATED SUBSTRATE AND PRODUCTION METHOD THEREOF
WO2019017225A1 (en) Method for manufacturing electronic device
TW201705403A (en) Waste heat recovery sheet
JP2023046931A (en) Thermoelectric conversion module
JP7386801B2 (en) Method for manufacturing intermediate for thermoelectric conversion module
DE102014115121B4 (en) Optoelectronic assembly and method for manufacturing and operating an optoelectronic assembly
WO2020196001A1 (en) Thermoelectric conversion module and method for producing thermoelectric conversion module
JP2019179911A (en) Thermoelectric conversion module
JPWO2020045376A1 (en) A method for manufacturing a chip of a thermoelectric conversion material and a method for manufacturing a thermoelectric conversion module using the chip obtained by the manufacturing method.
WO2022092177A1 (en) Thermoelectric conversion module
WO2023136155A1 (en) Temperature control module
WO2022092178A1 (en) Method for manufacturing thermoelectric conversion module
TWI846737B (en) Method for manufacturing intermediate for thermoelectric conversion module
WO2023190633A1 (en) Thermoelectric conversion module
WO2021193358A1 (en) Thermoelectric conversion module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240708