JP5176608B2 - 熱発電デバイス素子 - Google Patents
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Description
から、熱発電用途ではなく、主に赤外線センサなど測定用途への応用が想定された開発が行われている。
図1は、本発明の実施の形態1における熱発電デバイス素子の構成を示した図である。
材料であれば特に限定されない。具体的にはCu、Ag、Mo、W、Al、Ti、Cr、Au、Pt、In等の金属またはTiN、スズ添加酸化インジウム(ITO)、SnO2等の窒化物または酸化物が良い。また、はんだや導電性ペーストを用いることもできる。
3に研磨処理を行っても良い。その後、板状の積層体13の、傾斜方向の一対の端面の一部あるいは全面に第1電極11および第2電極12を設けることにより、本発明の熱発電デバイス素子を得ることができる。
図4は本発明の実施の形態2における熱発電デバイスの構成を示した図である。
以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。
SiGe層14と金属の積層体13として、幾つかの金属材料を用いて本発明の熱発電デバイス素子を作製した。金属とSiGeの積層体は、図3に示すように、金属箔の両面にSiGe薄膜を形成して得られたSiGe/金属箔/SiGeのシートを重ね合わせて加熱しながら圧着することにより作製した。第1電極11および第2電極12にはアルミニウムを接着層として使用したAu電極を用いた。
周期に対して図3に示したように10°間隔の角度で傾斜をつけて平板状に切り出した。
れることが判った。特に金属材料として、銀あるいは銅を用いた場合、他の金属に比べて
性能が高いことが確認された。
実施例1と同様の手法で、銀と銅の金属材料を用いて金属の厚みの異なる積層デバイスを構成した。傾斜角度は20°に固定し、金属箔の厚みを70μm、80μm、85μm、90μm、95μm、98μm、99μmと変化させて全体の積層周期が100μmとなるSiGeとの積層構造を作製した。この際のSiGeの割合はそれぞれ30%、20%、15%、10%、5%、2%、1%である。
金属箔として20μmの銅箔を用い、実施例1と同様の手法で積層デバイスを構成した。20μmのCu箔の両面に、SiGe薄膜を0.125μmから2μmまで膜厚変化させて形成、加熱圧着し、その結果SiGe層厚が0.25μm、0.5μm、1μm、2μm、4μmのCu/SiGe積層構造を作製した。切り出し角度を10°から50°まで10°ごとに設定してデバイスを作製し、パワーファクターを測定したところ、表3の結果が得られた。
実装面積をより広くし、さらに多くの発電量を得るために、金属42、接続電極43、取り出し電極44としてCuを用いた、図4に示したような熱発電デバイスを作製した。
ーを密着させた。このような構成で低温部を25℃、高温部を40℃に保持したところ、開放端起電力は1.4Vとなり、パワーファクターを見積もると195μW/cmK2という高い値が得られた。この結果、本デバイスから最大5Wの電力を取り出すことができた。
12 第2電極
13 積層体
14 SiGe層
15 金属層
16 層に平行な方向
17 電極の対向方向
18 温度勾配が生じる方向
21 熱発電デバイス素子
22 高温部
23 低温部
24 温度勾配が生じる方向
31 SiGe
32 金属
33 切り出し範囲
41 SiGe
42 金属
43 接続電極
44 取り出し電極
45 支持体
Claims (9)
- 第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極との間に挟まれ、かつ前記第1電極および前記第2電極のいずれにも電気的に接続された積層体とを具備し、
前記積層体は、SiGe層と金属層とが交互に積層されてなり、
前記SiGe層および前記金属層が、前記第1電極と前記第2電極とが対向する方向に対して角度θで傾斜しており、
前記角度θが20°以上40°以下であり、
前記金属層が、Al、Cu、Ag、またはAuからなり、
前記金属層の厚み:前記SiGe層の厚みの比が99:1から95:5までの範囲内にあり、
前記SiGe層におけるシリコンとゲルマニウムの比率は、Si:Ge=9:1〜1:1であり、
前記対向する方向に対して垂直方向に温度差を印加することによって、前記第1電極および前記第2電極を介して電力を取り出す、熱発電デバイス素子。 - 前記金属層が、Cu、Ag、またはAuからなる、請求項1に記載の熱発電デバイス素子。
- 前記金属層が、CuまたはAgからなる、請求項2に記載の熱発電デバイス素子。
- 第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極との間に挟まれ、かつ前記第1電極および前記第2電極のいずれにも電気的に接続された積層体とを具備し、
前記積層体は、SiGe層と金属層とが交互に積層されてなり、
前記SiGe層および前記金属層が、前記第1電極と前記第2電極とが対向する方向に対して角度θで傾斜しており、
前記角度θが20°以上40°以下であり、
前記金属層が、Al、Cu、Ag、またはAuからなり、
前記金属層の厚み:前記SiGe層の厚みの比が99:1から95:5までの範囲内にあり、
前記SiGe層におけるシリコンとゲルマニウムの比率は、Si:Ge=9:1〜1:1であり、
前記対向する方向に対して垂直方向に温度差を印加することによって、前記第1電極および前記第2電極を介して電力を取り出す、熱発電デバイス素子の製造方法であって、
前記製造方法は、以下の工程を有する:
SiGe層と金属層とを交互に積層してなる積層構造体を得る積層構造体形成工程、
前記積層構造体の積層方向に対して傾斜する面で前記積層構造体を切り出して前記積層体を得る積層体切り出し工程、
前記積層体に前記第1電極および前記第2電極を形成する電極形成工程。 - 第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極および前記第2電極との間に挟まれ、かつ前記第1電極および前記第2電極のいずれにも電気的に接続された積層体とを具備し、
前記積層体は、SiGe層と金属層とが交互に積層されてなり、
前記SiGe層および前記金属層が、前記第1電極と前記第2電極とが対向する方向に対して角度θで傾斜しており、
前記角度θが20°以上40°以下であり、
前記金属層が、Al、Cu、Ag、またはAuからなり、
前記金属層の厚み:前記SiGe層の厚みの比が99:1から95:5までの範囲内にあり、
前記SiGe層におけるシリコンとゲルマニウムの比率は、Si:Ge=9:1〜1:1である熱発電デバイス素子から、前記第1電極および前記第2電極を介して電力を取り出す発電方法であって、
前記発電方法は以下の工程を包含する:
前記対向する方向に対して垂直方向に温度差を印加する、温度差印加工程。 - 前記金属層が、Cu、Ag、またはAuからなる、請求項5に記載の発電方法。
- 前記金属層が、CuまたはAgからなる、請求項6に記載の発電方法。
- 支持板と、
前記支持板上に設けられた複数個の熱発電デバイス素子と、
を具備し、
ここで、前記各熱発電デバイス素子は、請求項1に係る熱発電デバイス素子であり、
隣接する2つの前記熱発電デバイス素子の一端を電気的に接続する各接続電極によって前記複数個の熱発電デバイス素子が電気的に直列に接続されており、
電気的に直列に接続されている前記複数個の熱発電デバイス素子の2つの終端には、それぞれ取り出し電極が接続されており、
前記支持板の法線方向に沿って温度差が印加されることによって、前記取り出し電極を介して電力が取り出される、熱発電デバイス。 - 支持板と、
前記支持板上に設けられた複数個の熱発電デバイス素子と
を具備し、
ここで、前記各熱発電デバイス素子は、請求項1に係る熱発電デバイス素子であり、
各熱発電デバイス素子の両端をそれぞれ電気的に接続する2つの取り出し電極によって前記複数個の熱発電デバイス素子が電気的に並列に接続されており、
前記支持板の法線方向に沿って温度差が印加されることによって、前記取り出し電極を介して電力が取り出される、熱発電デバイス。
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JP2008057440A JP5176608B2 (ja) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | 熱発電デバイス素子 |
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JP2008057440A JP5176608B2 (ja) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | 熱発電デバイス素子 |
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