JP3444501B2 - Thermoelectric generator - Google Patents

Thermoelectric generator

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JP3444501B2
JP3444501B2 JP32874892A JP32874892A JP3444501B2 JP 3444501 B2 JP3444501 B2 JP 3444501B2 JP 32874892 A JP32874892 A JP 32874892A JP 32874892 A JP32874892 A JP 32874892A JP 3444501 B2 JP3444501 B2 JP 3444501B2
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睦子 長谷川
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱電発電体に係り、特
に太陽熱を受熱して起電力を生成可能な熱電発電体に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric generator, and more particularly to a thermoelectric generator capable of receiving solar heat and generating electromotive force.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ゼーベック効果に基礎を置く
熱電発電素子が実用化され僻地用電源その他の種々の分
野で汎用的に用いられている。しかしながら既存のゼー
ベック効果を利用した熱電発電素子は熱効率が最大18
%以下と低く、この熱効率の向上の為に多くの改良努力
がなされているが、依然として根本的な解決には遠いの
が現状である。又、この熱効率が低いために、前記熱電
発電素子を太陽熱発電用電池に適用した場合に、所望の
電力を得るための設置コストが大になり、この面での実
用化への試みは従来、ほとんどなされていないのが実情
である。しかしながら太陽電池はその形態が光利用であ
れ、また熱利用であれ、他の火力発電や原子力発電等に
比較して安全上からも極めて有効な発電体であり、又自
動車等のエネルギー源として搭載した場合においても化
石燃料を使用せず又その排気ガスも存在しないために、
現在の様に地球規模で環境エコロジーが叫ばれている
、種々の面でその大規模な普及が強く要請されてい
る。このような社会的要請からもし前記熱電発電素子の
熱効率が例えば30%を越える程に高くなれば、太陽熱
利用を含めて熱電発電方式の用途及びその普及は飛躍的
に広がるであろう。
2. Description of the Related Art Conventionally, thermoelectric power generating elements based on the Seebeck effect have been put into practical use and are widely used in remote power sources and various other fields. However, the existing thermoelectric power generation element using the Seebeck effect has a maximum thermal efficiency of 18
Although it is as low as less than 10%, many improvement efforts have been made to improve the thermal efficiency, but it is still far from a fundamental solution. Further, because of this low thermal efficiency, when the thermoelectric power generation element is applied to a solar thermal power generation battery, the installation cost for obtaining the desired power becomes large, and attempts to put it to practical use in this aspect have hitherto been performed. The reality is that little has been done. However, the solar cell is a power generator that is extremely effective from the viewpoint of safety compared to other thermal power generation and nuclear power generation, whether its form is light utilization or heat utilization, and it is installed as an energy source for automobiles and the like. Even if you do, because fossil fuel is not used and its exhaust gas does not exist,
When the environment ecology has been advocated by the current global scale as of
In recent years , there is a strong demand for its large-scale spread in various aspects. If the thermal efficiency of the thermoelectric power generation element becomes higher than 30% due to such social demands, the use of the thermoelectric power generation method including solar heat utilization and its spread will be dramatically expanded.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】次に前記ゼーベック効
果に基礎を置く熱電発電素子の熱効率が低い最大の理由
を以下に詳説する。ゼーベック効果に基礎を置く熱電発
電素子(以下ゼーベック素子という)では、熱起電力を
発生させるためには、その両極に温度差が必要である。
即ち、温度差によりキャリア濃度の差を生じさせ、その
結果としてキャリアの拡散移動、そしてフェルミレベル
の傾斜を生じ起電力を発生させるものである。一方、前
記素子両端に温度差が存在することの必然の結果とし
て、素子内に高温側から低い低温側に向う熱貫流が発生
する。一般にこの貫流熱量は、ペルチェ効果に基づく発
量や吸熱量、或いは抵抗発熱量より大きく、この為か
かる貫流熱量の存在が前記熱電発電素子の熱効率を悪く
する最大要因となっている。
The maximum reason for the low thermal efficiency of the thermoelectric power generation element based on the Seebeck effect will be described in detail below. In a thermoelectric power generation element based on the Seebeck effect (hereinafter referred to as Seebeck element), a temperature difference is required between its two electrodes in order to generate a thermoelectromotive force.
That is, a difference in carrier concentration is caused by a temperature difference, and as a result, carrier diffusion movement and a Fermi level gradient are generated to generate an electromotive force. On the other hand, as a result of the existence of the temperature difference between the both ends of the element, a heat flow occurs from the high temperature side to the low temperature side in the element. Generally, this flow amount of heat, the heat generation amount and the intake amount of heat based on Peltier effects, or greater than the resistance heating value, has become the largest cause the presence of this for such throughflow heat to deteriorate the thermal efficiency of the thermoelectric power generating element.

【0004】例えば、p型半導体を用いるゼーベック素
子について図示すると図1のようになる。尚、図中Eは
正孔h+のエネルギー、EFはフェルミエネルギーレベ
ル、fhHは高温側の正孔h+の分布関数、fhLは低温側
の正孔h+の分布関数、CBは伝導帯、VBは価電子
帯、Hは高温側の正孔h+(キャリア)濃度、Lは低温
側の正孔h+濃度である。同図より明らかなように、従
来のゼーベック素子においては、前記素子両極における
キャリヤの濃度差を生ぜしめる為に、温度差を与える必
要があり、これが熱効率を悪くする最大の要因となって
いる。
For example, FIG. 1 shows a Seebeck element using a p-type semiconductor. In the drawing, E is the hole h + energy, E F is the Fermi energy level, FHH the hole h + of the distribution function of the high temperature side, FHL the hole h + of the distribution function of the low temperature side, CB is the conduction band , VB is the valence band, H is the hole h + (carrier) concentration on the high temperature side, and L is the hole h + concentration on the low temperature side. As apparent from the figure, in the conventional Seebeck elements, in order to give rise to concentration difference of carriers in the device two electrodes, it is necessary to provide a temperature difference, which becomes a factor of up to you poor thermal efficiency There is.

【0005】本発明は、かかる技術的課題を達成する為
に、両極が等温の状態で起電力が発生可能な熱電発電体
を提供する事を目的とする。本発明の他の目的は、前記
結果として前記発電体を構成する半導体層内に熱貫流が
発生する事なく、これにより熱効率を大幅に改善可能な
熱電発電体を提供する事を目的としている。
In order to achieve the above technical object, the present invention has an object to provide a thermoelectric generator capable of generating electromotive force in a state where both electrodes are isothermal. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric power generator capable of greatly improving thermal efficiency without causing heat flow-through in the semiconductor layer forming the power generator as a result.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は仕事関数を異に
する金属A及びBの薄板の間に半導体層を接触挟持し
て、金属Aとの接触をショットキー障壁型、他方、金属
Bとの接触をオーミックコンタクト型と、夫々特定した
構成であって、伝導帯の最高部が、電子の分布関数に示
される電子存在確率がほぼ零になるエネルギーレベルよ
り上位に位置しており、更に価電子帯の最高部が正孔の
分布関数に示される正孔存在確率がほぼ零になるエネル
ギーレベルより上位に位置していることを特徴とする。
具体的には、仕事関数を異にする金属A及びBの薄板の
間に半導体層を接触挟持して、金属Aとの接触を正孔に
関しオーミックコンタクト型、他方、金属Bとの接触を
正孔に関しショットキー障壁型と、夫々特定した構成で
あって、仕事関数の関係を下記式を満足するように設定
したことを特徴とする。 φ A −φ SC ≧0.1eVかつ φ SC −φ B ≧0.1eV φA:金属Aの仕事関数 φB:金属Bの仕事関数 φSC:半導体の仕事関数
The present invention isDifferent work function
The semiconductor layer is sandwiched between the thin plates of metal A and B
Contact with metal A is Schottky barrier type, while contact with metal A
The contact with B was specified as ohmic contact type.
And the highest part of the conduction band is shown in the electron distribution function.
The energy level at which the probability of existing electrons becomes almost zero
It is located higher than the
Enel with almost zero probability of existence of holes, which is shown in distribution function
It is characterized by being located above the gee level.
Specifically, for thin plates of metals A and B having different work functions,
The semiconductor layer is sandwiched between them so that the contact with the metal A becomes holes.
Ohmic contact type, on the other hand, contact with metal B
Regarding the holes, the Schottky barrier type and the specified configuration
And set the work function relationship to satisfy the following formula
It is characterized by having done. φ A SC ≧ 0.1 eV and φ SC B ≧ 0.1 eV φA: Work function of metal A φB: Work function of metal B φSC: Work function of semiconductor

【0007】更に、エネルギーバンドの傾斜が電荷分離
に対して充分な状態であることを確実にするためには、
電子については伝導帯の高いエネルギー部が、電子の分
布関数で示される電子存在確率がほぼ零になるエネルギ
ーレベルより上位に位置していること、また正孔につい
ては、価電子帯の高エネルギー部が、正孔の分布関数に
示される正孔存在確率がほぼ零になるエネルギーレベル
より上位に位置していることが必要である。感覚的に
は、予件における励起電子及び正孔の存在可能領域をキ
ャリヤプールに見立てて、伝導帯及び価電子帯の高エネ
ルギー部が、夫々のキャリヤプールから露出する条件を
作ることが必要である。このような露出は、 φA−φSC≧0.1eV (n形半導体の場合) φSC−φB≧0.1eV (p形半導体の場合) の条 件を満たすことにより実現される。更に、熱励起を
確実にするために、バンドギャップE .2>E≧0.2eVの範囲にあることが必要 である。
Furthermore, the slope of the energy band is due to charge separation.
To ensure that you are
For electrons, the energy part with a high conduction band is
The energy at which the electron existence probability is almost zero
Be higher than the level, and
The high-energy part of the valence band becomes the hole distribution function.
Energy level at which the probability of hole existence is almost zero
It is necessary to be positioned higher. Sensually
Determines the region where excited electrons and holes can exist in the assumption.
High energy in the conduction band and the valence band, which is similar to a
The conditions under which the luge section is exposed from each carrier pool
It is necessary to make. Such exposure is φASC≧ 0.1 eV(In case of n-type semiconductor) φSCB≧ 0.1 eV(In the case of p-type semiconductor) Article It is realized by satisfying the conditions. Furthermore, thermal excitation
To ensure, BaBand gap EgBut, 1 . 2> Eg≧ 0.2 eVMust be in the range Is.

【0008】[0008]

【作用】さて半導体の薄層内にフェルミエネルギーレベ
ルの傾斜を生じさせ、両端面間に電位差を発生させるに
は、 I .伝導帯に電子e-が励起されて一方向に移動す
る。 II .価電子帯に正孔h+が励起されて一方向に移動す
る。 III .その結果として、両端面即ち両極において、熱平
衡状態からのキャリヤ過剰若しくは不足状態を作り出す
ことが必要である。 ここで上記I、IIが単独に起きても良いが、I、IIが一
緒に且つ逆向きに起きるのが望ましい。Seeback
素子の場合には一般にキャリヤの移動を起こさせる原動
力は、各エネルギーバンドの両端面におけるキャリヤの
濃度差である。この濃度差が充分に大きければ、エネル
ギーバンドの傾斜に抗して、キャリヤ移動が起こり得
る。この事は図1からも明らかである。
Now, in order to generate a Fermi energy level gradient in a thin semiconductor layer and generate a potential difference between both end faces, I. Electrons e-are excited in the conduction band and move in one direction. II. Holes h + are excited in the valence band and move in one direction. III. As a result, it is necessary to create an excess or deficiency of carriers from the thermal equilibrium state on both ends or poles. Here, the above I and II may occur independently, but it is desirable that I and II occur together and in opposite directions. Seeback
In the case of a device, the driving force that causes carrier movement is generally the difference in carrier concentration between the end faces of each energy band. If this concentration difference is large enough, carrier migration can occur against the slope of the energy band. This is also clear from FIG.

【0009】更にキャリヤ移動の第2の原動力はエネル
ギーバンドの傾斜であり、より具体的には、光発電素子
における電荷分離の基本を成す原動力である。図2にそ
の具体的な作用を示し、pn接合した半導体に、そのバ
ンドギャップより大きいエネルギーを持つ光をp形半導
体側より入射させた場合の、電子e-・正孔h+対の発生
及びその分離の状況を示し,Wはn形半導体側に発生す
る起電力、FBはフェルミエネルギーレベルである。
尚、本図に示すような価電子帯から伝導帯への電子e-
励起は熱によっても起きる。そして、エネルギーバンド
に傾斜がある場合には、伝導帯に登った電子e-及び価
電子帯に生成した正孔h+hは夫々、エネルギーバンド
の傾斜の作用を受けて対極に向けて移動し、フェルミレ
ベルの傾斜即ち起電力を発生することになる。ここで大
きな問題は、如何にして、両極が等温の状態でエネルギ
ーバンドに傾斜を生じさせるかである。
Further, the second driving force of carrier movement is the inclination of the energy band, and more specifically, the driving force which forms the basis of charge separation in the photovoltaic device. The specific action is shown in FIG. 2. Generation of electrons e · hole h + pair and generation of light having energy larger than the band gap of the pn junction semiconductor are made incident from the p-type semiconductor side. The separation state is shown, W is the electromotive force generated on the n-type semiconductor side, and FB is the Fermi energy level.
Note that electrons e from the valence band to the conduction band as shown in this figure.
Excitation also occurs due to heat. When the energy band has an inclination, the electron e that has climbed to the conduction band and the holes h + h generated in the valence band move toward the counter electrode due to the action of the energy band inclination. , A Fermi level gradient, that is, an electromotive force is generated. Here big problem, the how is both poles or cause inclination to the energy band in a state of isothermal.

【0010】熱励起により、電子e-・正孔h+対を生成
させるには用うべき半導体のバンドギャップが小さくな
ければならない。何故なら図3に示されるように、温度
Tの与件において、バンドギャップの大きい半導体にお
いては、伝導帯及び価電子帯のキャリヤ濃度が小さくな
り、電導度が不充分になってしまうからである。
[0010] The thermal excitation, electrons e - · holes h + to generate a pair semiconductor bandgap intends to use the shall small kuna <br/>. This is because, as shown in FIG. 3, under the condition of the temperature T, in a semiconductor having a large band gap, the carrier concentration in the conduction band and the valence band becomes small and the electric conductivity becomes insufficient. .

【0011】一方よく知られているように、バンドギャ
ップが小さい半導体ではpn接合によって、エネルギー
バンドの傾斜を作り出すことができない。そこで本発明
では、半導体面と金属面とを接触させる場合に半導体層
Cに形成されるオーミック接触及びショットキー障壁に
よって、半導体層C内にエネルギーバンドの傾斜を作り
出す事により前記課題の解決を計っている。而もエネル
ギーバンド1の傾斜の形状は図4に示すように、単調な
形でなければならない。この単調な傾斜を持つエネルギ
ーバンド1を作り上げるための条件として本発明はは下
記式を満足する必要がある事を知見した。 φA>φSC>φB …1) φA:金属Aの仕事関数 φB:金属Bの仕事関数 φSC:半導体層の仕事関数 このエネルギーバンド1を持つ素子を加熱すると熱励起
により伝導帯に電子eが登る。
On the other hand, as is well known, in a semiconductor having a small band gap, it is not possible to create an energy band gradient by a pn junction. Accordingly, in the present invention, the ohmic contact及beauty shea Yottoki barrier formed in the semiconductor layer C when contacting the semiconductor surface and the metal surface, the resolution of the problem by creating a gradient of energy band in the semiconductor layer C I am measuring. Moreover, the shape of the inclination of the energy band 1 must be monotonous as shown in FIG. It has been found that the present invention needs to satisfy the following equation as a condition for constructing the energy band 1 having this monotonous slope. φ A > φ SC > φ B … 1) φ A : Work function of metal A φ B : Work function of metal B φ SC : Work function of semiconductor layer When an element having this energy band 1 is heated, conduction band is generated by thermal excitation. The electron e climbs up.

【0012】図4(B)において、エネルギーバンド1
が電子プールepに埋っていない領域(Z領域)の伝導
帯に励起された電子e-は、エネルギーバンド1の傾斜
の作用により右方の電子プールep中に移動し、他方同
様にして正孔h+のプールhpも大きくなり、斯くし
て、半導体層C内部においてフェルミレベルの傾斜、そ
して起電力を発生する。仕事関数の間の関係について、
もう一つ条件が必要である。それは、エネルギーバンド
1における高エネルギー部1hが電子プールepに埋ら
ないで、露出しており、また同様にしてエネルギーバン
ド2における高エネルギー部2hが正孔プールhpに埋
らないで露出しているべきことである。尚、図4(B)
に示すように、伝導帯のエネルギーバンド1の最高値を
0 とする。
In FIG. 4B, energy band 1
The electron e-excited in the conduction band of the region (Z region) where is not buried in the electron pool ep moves into the electron pool ep on the right side by the action of the inclination of the energy band 1, and on the other hand, similarly The pool hp of h + also becomes large, so that a Fermi level gradient and an electromotive force are generated inside the semiconductor layer C. Regarding the relationship between work functions,
Another condition is necessary. That is, the high energy portion 1h in the energy band 1 is exposed without being buried in the electron pool ep, and similarly, the high energy portion 2h in the energy band 2 is exposed without being buried in the hole pool hp. It should be. Incidentally, FIG. 4 (B)
As shown in, the maximum value of the energy band 1 of the conduction band is E 0 .

【0013】さて固体中の電子e-の挙動はフェルミデ
ィラック統計に従っており、その分布関数fe(E)
は、 の式で表す事が出来る。
The behavior of the electron e-in the solid is in accordance with Fermi Dirac statistics, and its distribution function fe (E)
Is Can be expressed as

【0014】今、温度Tの与件T0 において、fe
(E)0を与えるEの値をE* とする。T0=400
Kとして、E* −EF 0.25eVである。即ち、4
00Kで作動する本発明に係わる熱電発電体において
は、伝導帯のエネルギーバンドの高エネルギー部1hが
電子プールepから露出しているためには、エネルギー
バンド1の最高値をE0として、 E0−EF>0.25eV でなければならない。更に、n形半導体の場合、E0
F=φA−φSC+E−EF (Eの基準は価電子帯)
−EF<0.2eVの条件を加えて共通化すると、 φA−φSC>0.05eV 好ましくは、φA−φSC≧0.1eVの範囲に設定され
るのが良い。同様にして、p形半導体ではφSC−φB
0.1eVの範囲に設定されることが必要である。
Now, at the condition T 0 of the temperature T, fe
(E) Let E * be the value of E that gives = 0. T 0 = 400
As K, it is an E * -E F = 0.25eV. That is, 4
In the thermoelectric generator according to the present invention operating at 00K, since the high energy portion 1h of the energy band of the conduction band is exposed from the electron pool ep, the maximum value of the energy band 1 is set to E 0 , and E 0 -E F > 0.25 eV. Furthermore , in the case of an n -type semiconductor, E 0
E F = φ A −φ SC + E g −E F (E standard is valence band)
When the condition of E g −E F <0.2 eV is added for commonization, φ A −φ SC > 0.05 eV, and preferably φ A −φ SC ≧ 0.1 eV. Similarly, for p-type semiconductors φ SC −φ B
It is necessary to set it in the range of 0.1 eV.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を例示的に詳しく説明
する。但しこの実施例に記載されている構成部品の材
質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない
限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨では
なく単なる説明例に過ぎない。図5は本発明の実施例に
係る熱電発電素子の概略斜視図を示し、仕事関数値を異
にする金属薄層A及びBとの間に、半導体層Cを接触挟
持させるとともに、金属薄層A及びBにリード線2を導
き出している。
EXAMPLES Examples of the present invention will now be illustratively described in detail. However, unless otherwise specified, the materials, shapes, relative positions, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. . FIG. 5 is a schematic perspective view of a thermoelectric power generation element according to an embodiment of the present invention, in which the semiconductor layer C is held in contact with the metal thin layers A and B having different work function values, and the metal thin layer is Lead wire 2 is led out to A and B.

【0016】そして前記構成の素子において、金属薄層
Aを銅Cu薄層(仕事関数φCu:4.65eV)で、又
金属薄層BをアルミニウムAl薄層(仕事関数φAl
4.28eV)で、更に半導体層Cを、真性シリコンウ
エーハ(仕事関数φI・Si=4.55eV)で形成し、半
導体層C内にエネルギーバンド1の傾斜が果たして発生
するか否かを確認するために、矢印の方向に太陽光を照
射し、起電力を測定した所、前記リード線の端子間に電
圧:25〜28mV、電流1.7〜2.1μAの起電力
が発生した。この結果から、前記素子の半導体層内にエ
ネルギーバンドの傾斜が存在していること、そして、太
陽光照射により発生した電荷対が分離して、起電力を発
生することが確認された。尚、本実施例の素子の大きさ
は30mm×25mmである。
In the device having the above structure, the metal thin layer A is a copper Cu thin layer (work function φ Cu : 4.65 eV), and the metal thin layer B is an aluminum Al thin layer (work function φ Al :
4.28 eV), the semiconductor layer C is further formed with an intrinsic silicon wafer (work function φ I · Si = 4.55 eV), and it is confirmed whether or not the inclination of the energy band 1 occurs in the semiconductor layer C. In order to do so, sunlight was irradiated in the direction of the arrow and the electromotive force was measured. As a result, an electromotive force with a voltage of 25 to 28 mV and a current of 1.7 to 2.1 μA was generated between the terminals of the lead wire. From this result, it was confirmed that there is an energy band gradient in the semiconductor layer of the device, and that the charge pairs generated by solar irradiation are separated to generate an electromotive force. The size of the device of this example is 30 mm × 25 mm.

【0017】次に前記した太陽電池素子が等温状態で発
電することを確認する為に、130℃のオイルバス中に
浸漬して、発生する起電力を測定した所、電圧:150
mV、電流:33μA、抵抗:4.5×103Ωの値を
得、これにより等温状態で発電することが確認された。
(実施例1) 尚、実施例1において発生する電流値が小さい理由は使
用した半導体層CがシリコンSiの為に、ハンドギャッ
プがEg=1.1eVと比較的大きく、この為150℃
という加熱状態では伝導帯に登っている電子e-の濃
度、及び価電子帯の正孔h+濃度が未だ低いためであ
る。
Next, in order to confirm that the above-mentioned solar cell element generates power in an isothermal state, it was immersed in an oil bath at 130 ° C. and the electromotive force generated was measured, and the voltage was 150.
The values of mV, current: 33 μA and resistance: 4.5 × 10 3 Ω were obtained, and it was confirmed that power generation was performed in an isothermal state.
(Example 1) The reason why the current value generated in Example 1 is small is that the semiconductor layer C used is silicon Si and the hand gap is relatively large at Eg = 1.1 eV.
This is because the concentration of electrons e − climbing to the conduction band and the concentration of holes h + in the valence band are still low in the heating state.

【0018】そこで、ハンドギャップが小さく、かつエ
ネルギーバンド1の形が望ましいものになるべき条件で
ある φCu>φSC>φA l を満たす半導体層CとしてテルルTeを選定して、前記
実施例1と同様の構造に太陽電池素子を作製した。尚、
Teの電子物性はE*0.32eV(300K)、φ
SC=4.3eVである。更に、本実施例においては電気
抵抗を大きくするもう一つの要因である各層接触面の抵
抗を低減させるべく、今回はTeの融液中にCuとAl
の薄板を浸漬する方法で、前記素子を作製した。(実施
例2)尚、前記実施例2の素子の大きさは10mm×2
0mmである。そして本実施例3に係る該素子を130
℃のオイルバスに浸漬して、発生する起電力を測定した
所、電圧:100mV、電流:18mA、抵抗:5.5
Ωの値を得、これにより等温状態でこの構造の素子が充
分に実用的な発電能力を持つことを確認した。
Therefore, the hand gap is small and
Under the condition that the shape of energy band 1 should be desirable
is there, φCu> ΦSC> ΦA l Tellurium Te is selected as the semiconductor layer C that satisfies
A solar cell element having the same structure as in Example 1 was produced. still,
The electronic properties of Te are Eg* 0.32eV (300K), φ
SC= 4.3 eV. Furthermore, in this embodiment, the electric
Another factor that increases resistance is the resistance of each layer contact surface.
In order to reduce the resistance, this time Cu and Al were added to the Te melt.
The element was manufactured by the method of immersing the thin plate of. (Implementation
Example 2) The size of the device of Example 2 is 10 mm × 2
It is 0 mm. Then, the device according to the third embodiment is
The electromotive force generated was measured by immersing in an oil bath at ℃
Location, voltage: 100 mV, current: 18 mA, resistance: 5.5
The value of Ω is obtained, which allows the device of this structure to be charged under isothermal conditions.
It was confirmed that it has a practical power generation capacity.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上記載した如く、本発明によれば高い
熱効率を以て熱エネルギーを電力に変換することが可能
である。例えば、本発明の熱電発電素子を、太陽光を受
光して昇温状態にある熱箱に収納して発電させる場合、
通常の太陽電池を上回る発電能力を発揮させることが出
来る。更に、当該熱電発電素子を熱箱に入れるという面
倒さを回避すべく、室温で作動する太陽熱発電素子を、
Egの小さい半導体層Cを使用して構成することも可能
であり、これにより場所、搭載装置に限定する事なく、
而も低設置コストで新型の太陽電池を提供することがで
きる。等の種々の著効を有す。
As described above, according to the present invention, it is possible to convert thermal energy into electric power with high thermal efficiency. For example, when the thermoelectric generator of the present invention receives sunlight and is housed in a heat box in a temperature rising state to generate power,
It is possible to exert a power generation capacity that exceeds that of ordinary solar cells. Furthermore, in order to avoid the hassle of putting the thermoelectric generator in a heat box, a solar thermoelectric generator that operates at room temperature,
It is also possible to configure by using the semiconductor layer C having a small Eg, whereby the location and the mounting device are not limited.
Moreover, a new type solar cell can be provided at a low installation cost. It has various remarkable effects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ゼーベック素子における起電力の発生の原理及
びその問題点を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the principle of generation of electromotive force in a Seebeck element and its problems.

【図2】光発電素子(pn接合半導体)におけるエネル
ギバンドの傾斜に基づく電荷分離の状況を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of charge separation based on an inclination of an energy band in a photovoltaic element (pn junction semiconductor).

【図3】フェルミエネルギレベルの傾斜が0の場合のキ
ャリア濃度、温度一定の場合の分布関数、状態密度等の
分布図を示す。
FIG. 3 is a distribution diagram of carrier concentration when the Fermi energy level gradient is 0, distribution function when the temperature is constant, density of states, and the like.

【図4】本発明の原理を示す作用図である。FIG. 4 is an operation diagram showing the principle of the present invention.

【図5】本発明の実施例に係る太陽電池素子の概略斜視
図を示す。
FIG. 5 shows a schematic perspective view of a solar cell element according to an embodiment of the present invention.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 仕事関数を異にする金属A及びBの薄板
の間に半導体層を接触挟持して、金属との接触ショ
ットキー障壁型、他方、金属Bとの接触をオーミックコ
ンタクト型と、夫々特定した構成であって、伝導帯の最
高部が、電子の分布関数に示される電子存在確率がほぼ
零になるエネルギーレベルより上位に位置しており、更
に価電子帯の最高部が正孔の分布関数に示される正孔存
在確率がほぼ零になるエネルギーレベルより上位に位置
していることを特徴とする熱電発電体。
1. A contact sandwich the semiconductor layer between the thin plate having different metals A and B the number of work function, sucrose <br/> Ttoki barrier-type contact with the metal A, while the metal B Ohmic contact
Contact type and the specified configurations respectively,
In the high part, the electron existence probability shown in the electron distribution function is almost
It is located above the energy level where it becomes zero, and
At the top of the valence band, the hole distribution shown by the hole distribution function
Position above the energy level at which the existing probability is almost zero
A thermoelectric generator characterized in that
【請求項2】 仕事関数を異にする金属A及びBの薄板
の間に半導体層を接触挟持して、金属Aとの接触を正孔
に関しオーミックコンタクト型、他方、金属Bとの接触
を正孔に関しショットキー障壁型と、夫々特定した構成
であって、仕事関数の関係を下記式を満足するように設
定したことを特徴とする請求項1記載の熱電発電体。 φA−φSC≧0.1eVかつ φSC−φB≧0.1eV φA:金属Aの仕事関数 φB:金属Bの仕事関数 φSC:半導体の仕事関数
2.Thin plates of metals A and B with different work functions
The semiconductor layer is sandwiched between the two, and the contact with the metal A is made into holes.
Regarding ohmic contact type, on the other hand, contact with metal B
Specified as Schottky barrier type for holes
And the work function relationship is set to satisfy the following equation.
The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the thermoelectric generator is defined. φASC≧ 0.1 eV and φSCB≧ 0.1 eV φA: Work function of metal A φB: Work function of metal B φSC: Work function of semiconductor
【請求項3】 前記半導体のバンドギャップEを 1.2eV>E≧0.2eVの範囲に設定したことを
特徴とする請求項1若しくは2記載の熱電発電体。
3. The thermoelectric generator according to claim 1, wherein the band gap E g of the semiconductor is set in the range of 1.2 eV> E g ≧ 0.2 eV.
【請求項4】 前記半導体がn型半導体の場合におい
て、フェルミレベルをEFとして、 Eg−EF≦0.2eV の範囲に設定した事を特徴とする請求項3記載の熱電発
電体。
4. A wherein when the semiconductor is an n-type semiconductor, the Fermi level as EF, thermoelectric generator of claim 3, wherein a set in a range of Eg-E F ≦ 0.2eV.
【請求項5】 前記半導体がp型半導体の場合におい
て、フェルミレベルをEFとして、 EF≦0.2eV の範囲に設定した事を特徴とする請求項3記載の熱電発
電体。
5. The thermoelectric generator according to claim 3, wherein when the semiconductor is a p-type semiconductor, the Fermi level is set to EF and set to a range of E F ≦ 0.2 eV.
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