JP6411612B1 - 熱電素子、発電装置、及び熱電素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照して、本実施形態における発電装置100及び熱電素子1の構成の一例について説明する。図1(a)は、本実施形態における発電装置100及び熱電素子1を示す模式断面図であり、図1(b)は、積層部20の一例を示す模式平面図である。
積層体2は、各々積層された複数の積層部20を有する。例えば、第2積層部20−2は、第1積層部20−1の上に積層され、第3積層部20−3は、第2積層部20−2の上に積層される。積層体2の有する積層部20の数は、任意である。図1では、第1積層部20−1、第2積層部20−2、第3積層部20−3の順に積層され、最上層に引出部20−n(第n積層部)が積層される。
基材21は、積層方向Zと交わる主面21aを有する。積層方向Zにおいて、基材21の厚さは、例えば10μm以上2mm以下である。基材21の厚さは、第1方向Xにおける基材21の幅よりも小さく、第2方向Yにおける基材21の長さよりも小さい。
配線22は、基材21内に設けられる。例えば基材21における主面21a(第1主面)に対向する主面(第2主面)において、配線22は第2主面から露出し、配線22の露出面は、第2主面と同一平面上に形成される。積層方向Zにおいて、配線22の厚さは、例えば基材21の厚さとほぼ同等である。
第1電極層23は、積層方向Zに沿って、同一の基材21内に設けられた配線22と離間して設けられる。第1電極層23は、上部に積層された基材21内に設けられた配線22と接する。すなわち、第1積層部20−1の有する第1電極層23は、第2積層部20−2の有する配線22に接する。例えば、第1積層部20−1の有する第1電極層23は、第2積層部20−2の有する基材21に接してもよい。
中間部25は、基材21内に設けられ、第1電極層23と第2電極層24との間に接して設けられる。中間部25は、例えばナノ粒子と、溶媒とを含む。中間部25は、例えばナノ粒子を分散した溶媒が充填された状態を示す。中間部25は、例えば溶媒を含まなくてもよく、ナノ粒子のみが充填された状態を示してもよい。
ナノ粒子は、第1電極層23の仕事関数と、第2電極層24の仕事関数との間の仕事関数を有し、例えば3.0eV以上5.5eV以下の仕事関数を有する。ナノ粒子として、例えば金及び銀の少なくとも何れかが用いられるほか、例えば上記の仕事関数の範囲を満たす材料が用いられてもよい。
引出部20−nは、引出基材21nと、引出配線22nとを有し、例えば上層引出電極層26を有してもよい。引出部20−nは、中間部25を有しない。
引出基材21nは、積層方向Zと交わる主面を有する。引出基材21nの厚さや材料等の構成は、基材21と同等である。
引出配線22nは、引出基材21n内に設けられ、各積層部20(例えば第1積層部20−1)の有する配線22と電気的に接続される。引出配線22nは、例えば積層方向Zに沿って引出基材21nを貫通する。引出配線22nの厚さや材料等の構成は、配線22と同等である。例えば、引出配線22nは、配線22よりも厚く設けられてもよい。
上層引出電極層26は、引出配線22nと接し、例えば第1配線101と接する。上層引出電極層26は、引出基材21nの主面に設けられるほか、引出基材21n内に設けられてもよい。上層引出電極層26の厚さや材料等の構成は、各電極層23、24と同等である。例えば上層引出電極層26は、各電極層23、24よりも厚く設けられてもよい。
積層体2は、例えば最下層の表面(第1積層部20−1の第2主面)に設けられた下層引出電極層27を有する。下層引出電極層27は、第1積層部20−1の配線22と接し、例えば第2配線102と接する。下層引出電極層27の厚さや材料の構成は、各電極層23、24と同様である。
次に、図3〜図5を参照して、本実施形態における熱電素子1の製造方法の一例について説明する。図3は、本実施形態における熱電素子1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図4及び図5は、本実施形態における熱電素子1の製造方法の一例を示す模式断面図である。
第1工程S110では、図4(a)に示すように、基材21の主面21a(第1主面)に、凹部21cを形成する(ステップS111)。凹部21cは、第1方向Xに離間して複数形成され、第2方向Yに延在する。このとき、例えば引出配線22nを形成する部分(図示せず)には、凹部21cを形成しない。
次に、図4(b)に示すように、凹部21cの底面から主面21b(第2主面)まで貫通する配線22を形成する(ステップS112)。配線22は、各凹部21cの底面に形成され、第2方向Yに延在する。配線22は、例えば第2方向Yに離間して複数形成されてもよい。なお、配線22と同時に引出配線22nを形成してもよい。この場合、例えば第1方向Xに沿って、配線22と離間した位置に引出配線22nが形成される。引出配線22nは、基材21を貫通して形成される。
次に、図4(c)に示すように、第2主面21b上に、配線22と接する第1電極層23を形成する(ステップS113)。第1電極層23は、それぞれ離間した状態で各配線22に接して形成される。なお、第1電極層23は、引出配線22nに接して形成されてもよい。
次に、図4(d)に示すように、凹部21c内に、配線22と接する第2電極層24を形成する(ステップS114)。第2電極層24は、各主面21a、21bとは離間して形成される。なお、第1電極層23を形成するまえに、第2電極層24を形成してもよい。また、第2電極層24と同時に上層引出電極層26を形成してもよい。この場合、上層引出電極層26は、引出配線22nと接する。
次に、第2工程S120では、例えば図5(a)に示すように、基材21を分割してもよい(ステップS121)。基材21は、第1方向Xにおいて分割され、これにより複数の積層部20が離間する(図5(a)では第1積層部20−1及び第2積層部20−2)。基材21は、配線22、第1電極層23、及び第2電極層24と離間した位置で分割される。なお、引出配線22n等を形成した部分を分割し、引出部20−nとしてもよい。
次に、各積層部20を積層する(ステップS122)。例えば図5(b)に示すように、第1積層部20−1の上に第2積層部20−2を積層し、第2積層部20−2の上に第3積層部20−3を積層し、各積層部20を順番に積層する。このとき、各積層部20の凹部21c内には、上に積層された積層部20に形成された第1電極層23が配置される。第1電極層23は、第2電極層24と離間して配置され、凹部21cには未充填部が残される。なお、各積層部20の積層された最上層には、引出部20−nが積層されてもよい。また、第1積層部20−1の第2主面21bに形成された第1電極層23は、下層引出電極層27として用いられる。
次に、凹部21cに、ナノ粒子及び溶媒を含む中間部25を形成する(ステップS123)。中間部25は、第1電極層23と、第2電極層24との間に形成され、凹部21cの未充填部に充填される。
次に、図6を参照して、本実施形態における熱電素子1の製造方法の変形例について説明する。図6は、本実施形態における熱電素子1の製造方法の第1〜第4変形例を示すフローチャートである。
2 :積層体
20 :積層部
20−1 :第1積層部
20−2 :第2積層部
20−3 :第3積層部
20−n :引出部
21 :基材
21a :第1主面
21b :第2主面
21c :凹部
21n :引出基材
22 :配線
22n :引出配線
23 :第1電極層
24 :第2電極層
25 :中間部
26 :上層引出電極層
27 :下層引出電極層
100 :発電装置
101 :第1配線
102 :第2配線
R :負荷
S110 :第1工程
S120 :第2工程
X :第1方向
Y :第2方向
Z :積層方向
Claims (10)
- 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、
第1積層部と、前記第1積層部の上に積層された第2積層部と、を有する積層体を備え、
前記第1積層部及び前記第2積層部は、
前記積層体の積層方向と交わる主面を有する基材と、
前記基材内に設けられた配線と、
前記積層方向に沿って、前記配線と離間して設けられた第1電極層と、
前記基材内において前記配線と接し、前記第1電極層と前記配線との間に設けられ、前記第1電極層とは異なる仕事関数を有する第2電極層と、
前記基材内に設けられ、前記第1電極層と前記第2電極層との間に接して設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
をそれぞれ有し、
前記第1積層部の有する前記第1電極層は、前記第2積層部の有する前記配線に接し、
前記ナノ粒子は、前記第1電極層の仕事関数と、前記第2電極層の仕事関数との間の仕事関数を有すること
を特徴とする熱電素子。 - 前記第1積層部の有する前記第1電極層は、前記第2積層部の有する前記基材に接すること
を特徴とする請求項1記載の熱電素子。 - 前記配線、前記第1電極層、前記第2電極層、及び前記中間部は、前記積層方向と交わる第1方向にそれぞれ離間して複数配置され、前記積層方向及び前記第1方向と交わる第2方向に延在すること
を特徴とする請求項1又は2記載の熱電素子。 - 前記積層体は、最上層に積層された引出部を有し、
前記引出部は、
前記積層方向と交わる主面を有する引出基材と、
前記引出基材内に設けられ、前記第1積層部の有する前記配線と電気的に接続された引出配線と、
を有すること
を特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載の熱電素子。 - 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置であって、
第1積層部と、前記第1積層部の上に積層された第2積層部と、を有する積層体と、
前記積層体と接続された第1配線及び第2配線と、
を備え、
前記第1積層部及び前記第2積層部は、
前記積層体の積層方向と交わる主面を有する基材と、
前記基材内に設けられた配線と、
前記積層方向に沿って、前記配線と離間して設けられた第1電極層と、
前記基材内において前記配線と接し、前記第1電極層と前記配線との間に設けられ、前記第1電極層とは異なる仕事関数を有する第2電極層と、
前記基材内に設けられ、前記第1電極層と前記第2電極層との間に接して設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
をそれぞれ有し、
前記第1積層部の有する前記第1電極層は、前記第2積層部の有する前記配線に接し、
前記ナノ粒子は、前記第1電極層の仕事関数と、前記第2電極層の仕事関数との間の仕事関数を有すること
を特徴とする発電装置。 - 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、
基材を加工して第1積層部及び第2積層部を形成する第1工程と、前記第1積層部の上に前記第2積層部を積層して積層体を形成する第2工程と、を備え、
前記第1工程は、
前記基材の有する前記積層体の積層方向と交わる第1主面に凹部を形成する工程と、
前記凹部の底面から前記第1主面に対向する第2主面まで貫通する配線を形成する工程と、
前記第2主面上に、前記配線と接する第1電極層を形成する工程と、
前記凹部内に、前記配線と接し、前記第1電極層とは異なる仕事関数を有する第2電極層を形成する工程と、
を有し、
前記第2工程は、前記凹部に、ナノ粒子を含む中間部を形成する工程を有し、
前記第1積層部の前記凹部に形成された中間部は、前記第2積層部の前記第2主面に形成された前記第1電極層に接し、
前記ナノ粒子は、前記第1電極層の仕事関数と、前記第2電極層の仕事関数との間の仕事関数を有すること
を特徴とする熱電素子の製造方法。 - 前記第2工程は、前記第1積層部の上に前記第2積層部を積層したあと、前記中間部を形成すること
を特徴とする請求項6記載の熱電素子の製造方法。 - 前記第2工程は、前記中間部を形成したあと、前記第1積層部の上に前記第2積層部を積層すること
を特徴とする請求項6記載の熱電素子の製造方法。 - 前記第2工程は、前記第1積層部の上に前記第2積層部を積層するまえに、前記第1積層部と前記第2積層部との間における前記基材を分割すること
を特徴とする請求項6〜8の何れか1項記載の熱電素子の製造方法。 - 前記第2工程は、前記第1積層部の上に前記第2積層部を積層したあと、前記第1積層部と前記第2積層部との間における前記基材を分割すること
を特徴とする請求項6〜8の何れか1項記載の熱電素子の製造方法。
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