JP7360360B2

JP7360360B2 - 発電素子

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Publication number: JP7360360B2
Application number: JP2020098560A
Authority: JP
Inventors: 重哉木村; 学史吉田; 久生宮崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: JP2021192569A; US12046461B2; US20210384019A1

Description

本発明の実施形態は、発電素子に関する。

例えば、熱源からの熱が加わるエミッタ電極と、エミッタ電極からの熱電子を捕獲するコレクタ電極と、を有する発電素子がある。発電素子において、効率の向上が望まれる。

特開２００３－８６０７６号公報

本発明の実施形態は、効率を向上できる発電素子を提供する。

本発明の実施形態によれば、発電素子は、素子部を含む。前記素子部は、第１導電部材と、第２導電部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、を含む。前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含む。前記第１部分は、前記第１導電部材に固定される。前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にある。前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短い。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る発電素子の製造方法を例示する模式的斜視図である。図３（ａ）～図３（ｄ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。図４は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。図７は、発電素子の特性を例示するグラフ図である。図８は、実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係る発電モジュール及び発電装置を示す模式的断面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施形態に係る発電装置及び発電システムを示す模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式図である。図１（ａ）は、断面図である。図１（ｂ）は、発電素子の一部の斜視図である。
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る発電素子１１０は、素子部１０Ｅを含む。発電素子１１０は、容器５０をさらに含んでも良い。素子部１０Ｅは、容器５０の中に設けられる。例えば、容器５０の中の気圧は、大気圧よりも低い。

素子部１０Ｅは、第１導電部材１０と、第２導電部材２０と、複数の第１構造体３１とを含む。複数の第１構造体３１は、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間に設けられる。

複数の第１構造体３１の１つは、第１部分３１ａと、第２部分３１ｂと、を含む。第１部分３１ａは、第１導電部材１０に固定される。第２部分３１ｂは、第１部分３１ａと第２導電部材２０との間にある。この例では、第２部分３１ｂは、第１構造体３１の端部である。

第１導電部材１０から第２導電部材２０への第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。第１導電部材１０及び第２導電部材２０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に対して実質的に平行である。

例えば、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間に空隙１０Ｇが設けられる。例えば、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の複数の第１構造体３１を除く領域の少なくとも一部は、空隙１０Ｇである。

例えば、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間に、温度の差が設けられる。１つの例において、第１導電部材１０の温度は、第２導電部材２０の温度よりも高い。これにより、第１導電部材１０から第２導電部材２０に向かって電子ｅ１が放出される。電子ｅ１を電力として取り出すことが可能である。発電素子１１０において、熱電子発電が行われる。第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の温度差が大きいときに、熱電子発電で得られる電流（電力）が大きくなる。第１導電部材１０の温度が第２導電部材２０の温度よりも高い場合、第１導電部材１０は、エミッタであり、第２導電部材２０は、コレクタである。

第１導電部材１０と第２導電部材２０との間のＺ軸方向に沿う距離をギャップ長Ｄ１とする。後述するように、ギャップ長Ｄ１が小さいことで、得られる電流が大きくできる。例えば、発電の効率が向上する。

１つの例において、第２部分３１ｂは、第２導電部材２０を支持する。複数の第１構造体３１は、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間のスペーサとして機能する。複数の第１構造体３１が設けられることで、安定したギャップ長Ｄ１が得られる。

図１（ａ）に示すように、第１方向（例えばＺ軸方向）と交差する１つの方向を第２方向とする。第２方向は、例えば、Ｚ軸方向に対して垂直な任意の方向である。第１部分３１ａの第２方向に沿う長さを第１長さｗ１とする。第２部分３１ｂの第２方向に沿う長さを第２長さｗ２とする。第１長さｗ１及び第２長さｗ２は、例えば、幅である。

実施形態において、第２長さｗ２は、第１長さｗ１よりも短いことが好ましい。例えば、第２部分３１ｂは、第１部分３１ａよりも細い。これにより、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の熱伝導が抑制できる。これにより、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の温度の差が、熱伝導によって小さくなることが抑制できる。これにより、大きな電流が得られる。第２長さｗ２が第１長さｗ１よりも短いことで、大きな電流が得られ、高い効率が得られる。実施形態によれば、効率を向上できる発電素子を提供できる。

実施形態において、第１長さｗ１は、第２長さｗ２の１．２倍以上である。第１長さｗ１が第２長さｗ２と同じ場合に比べて、熱伝導が抑制できる。第１長さｗ１は、第２長さｗ２の２倍以上でも良い。熱伝導が効果的に抑制できる。第１長さｗ１は、第２長さｗ２の５倍以上でも良い。熱伝導がより効果的に抑制できる。

１つの例において、第２部分３１ｂは第２導電部材２０と接する。第１構造体３１の高さは、ギャップ長Ｄ１と実質的に一致する。例えば、複数の第１構造体３１の１つの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さＨ１は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。例えば、ギャップ長Ｄ１は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

長さＨ１（例えばギャップ長Ｄ１）が１００ｎｍ以上であることで、例えば、安定した長さＨ１が得易くなる。長さＨ１（例えばギャップ長Ｄ１）が１００ｎｍ以上であることで、例えば、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の温度の差が、輻射によって小さくなることが抑制できる。長さＨ１（例えばギャップ長Ｄ１）が１０μｍ以下であることで、例えば、得られる電流が大きくできる。

例えば、複数の第１構造体３１の１つにおいて、第１部分３１ａと第２部分３１ｂとの間の部分の第２方向に沿う長さ（幅）は、第１長さｗ１と第２長さｗ２との間の長さである。例えば、複数の第１構造体３１の１つは、第１導電部材１０と第２導電部材２０との中点の部分を含む。１つの例において、この中点の部分の第２方向に沿う長さ（幅）は、第１長さｗ１及び第２長さｗ２の平均の０．２倍以上０．８倍以下である。

図１（ａ）に示すように、容器５０は、第１部材５０ａ、第２部材５０ｂ、及び、側部５０ｃを含む。第１部材５０ａ、第２部材５０ｂ、及び、側部５０ｃにより、素子部１０Ｅが囲まれる。この例では、第２部材５０ｂに電極５０ｄが設けられる。第１部材５０ａ、第２部材５０ｂ、電極５０ｄ、及び、側部５０ｃで囲まれた空間に、第１導電部材１０及び第２導電部材２０が設けられる。この空間の気圧は、例えば、大気圧よりも低い。第１部材５０ａは、第１導電部材１０と接続される。電極５０ｄは、第２導電部材２０と電気的に接続される。例えば、第１部材５０ａ及び電極５０ｄを介して、発電により得られた電流が取り出される。

この例では、第２部材５０ｂは、弾性部材５１の少なくとも一部として機能する。弾性部材５１により第２導電部材２０が複数の第１構造体３１に押し付けられる。弾性部材５１は、例えば、ばねなどである。

例えば、第１部分３１ａは、第１導電部材１０と化学結合する。例えば、第２部分３１ｂは、第２導電部材２０に当接する。第２部分３１ｂは、第２導電部材２０と、実質的に化学結合しない。これにより、複数の第１構造体３１と第２導電部材２０との間の熱伝導が抑制し易い。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る発電素子の製造方法を例示する模式的斜視図である。
図２（ａ）に示すように、第１導電部材１０の上に複数の第１構造体３１を形成する。例えば、第１導電部材１０の上に、複数の第１構造体３１となる層をスパッタまたは蒸着などにより形成する。この層を加工することで、上記のような複数の第１構造体３１が得られる。例えば、エッチングの条件を制御することで、上記のような複数の第１構造体３１の形状が得られる。または、選択的な膜を形成することで、上記のような複数の第１構造体３１が得られる。複数の第１構造体３１の１つは、例えば、錐状または錐台状である。複数の第１構造体３１は、第１導電部材１０と化学的に結合する。複数の第１構造体３１と第１導電部材１０との間の界面において、例えば、複数の第１構造体３１に含まれる原子と、第１導電部材１０に含まれる原子と、の結合がある。

図２（ａ）に示すように、複数の第１構造体３１の上に第２導電部材２０を載せる。例えば、弾性部材５１などにより第２導電部材２０が複数の第１構造体３１に押し付けられることで、安定したギャップ長Ｄ１が得られる。このようにして、実施形態に係る発電素子１１０が得られる。

図３（ａ）～図３（ｄ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
これらの図においては、容器５０は省略されている。図３（ａ）の例では、複数の第１構造体３１は、錐状である。図３（ｂ）の例では、複数の第１構造体３１は、錐台状である。

図３（ｃ）の例では、第２部分３１ｂに凹部３１Ｄが設けられる。例えば、第２部分３１ｂは、頂部３１Ｆを含む。頂部３１Ｆは、第２導電部材２０に対向する。頂部３１Ｆは、凹部３１Ｄを含む。例えば、凹部３１Ｄの少なくとも一部は、第２導電部材２０から離れている。凹部３１Ｄが設けられることで、熱伝導がより抑制できる。凹部３１Ｄの深さは、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

図３（ｄ）の例では、第２部分３１ｂの頂部３１Ｆに複数の凹部３１Ｄが設けられる。このように、頂部３１Ｆに微細な凹凸が設けられても良い。

図４は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
図４においては、容器５０は省略されている。図４に示すように、複数の第１構造体３１の１つは、第１部分３１ａ及び第２部分３１ｂに加えて、第３部分３１ｃをさらに含んでも良い。第３部分３１ｃは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２部分３１ｂと第２導電部材２０との間にある。第３部分３１ｃの第２方向に沿う長さを第３長さｗ３とする。第２長さｗ２は、第３長さｗ３よりも短い。例えば、第１構造体３１の中間部分の幅が、端部の幅よりも狭くても良い。このような構造においても、熱伝導を抑制できる。第３長さｗ３は、例えば、第２長さｗ２の１．２倍以上である。第３長さｗ３は、第２長さｗ２の２倍以上でも良い。第３長さｗ３は、第２長さｗ２の５倍以上でも良い。

図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
これらの図においては、容器５０は省略されている。図５（ａ）～図５（ｄ）に示すように、素子部１０Ｅは、第１導電部材１０、第２導電部材２０及び複数の第１構造体３１に加えて、第２構造体３２を含んでも良い。第２構造体３２は、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間に設けられる。複数の第２構造体３２が設けられても良い。

第２構造体３２は、第４部分３２ｄと、第５部分３２ｅと、を含む。第４部分３２ｄは、第２導電部材２０に固定されている。第５部分３２ｅは、第４部分３２ｄと第１導電部材１０との間にある。例えば、第４部分３２ｄは、第２導電部材２０と化学結合する。例えば、第５部分３２ｅは、第１導電部材１０に当接する。第２構造体３２は、例えば、スペーサとして機能する。

第４部分３２ｄの第２方向に沿う長さを第４長さｗ４とする。第５部分３２ｅの第２方向に沿う長さを第５長さｗ５とする。第５長さｗ５は、第４長さｗ４よりも短い。これにより、熱伝導が抑制できる。

第４長さｗ４は、例えば、第５長さｗ５の１．２倍以上である。第４長さｗ４は、第５長さｗ５の２倍以上でも良い。第４長さｗ４は、第５長さｗ５の５倍以上でも良い。

例えば、第２構造体３２において、第４部分３２ｄと第５部分３２eとの間の部分の第２方向に沿う長さ（幅）は、第４長さｗ４と第５長さｗ５との間の長さである。例えば、第２構造体３２は、第１導電部材１０と第２導電部材２０との中点の部分を含む。１つの例において、この中点の部分の第２方向に沿う長さ（幅）は、第４長さｗ４及び第５長さｗ５の平均の０．２倍以上０．８倍以下である。

上記の例において、第１導電部材１０がエミッタで、第２導電部材２０がコレクタである。実施形態において、第１導電部材１０がコレクタで、第２導電部材２０がエミッタでも良い。この場合、第２導電部材２０の温度は、第１導電部材１０の温度よりも高い。

第１導電部材１０がエミッタで第２導電部材２０がコレクタである場合に、第２導電部材２０の側の第２部分３１ｂの第２長さｗ２が、第１導電部材１０の側の第１部分３１ａの第１長さｗ１よりも短いと、第１導電部材１０から出射した電子ｅ１は、第１構造体３１の側面（斜面）に入射しにくい。これにより、例えば、電子ｅ１は、効率よく第２導電部材２０に届く。これにより、より高い効率が得られる。

（第２実施形態）
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
これらの図においては、容器５０は省略されている。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２実施形態においても、素子部１０Ｅは、第１導電部材１０、第２導電部材２０、及び、複数の第１構造体３１を含む。第２実施形態において、複数の第１構造体３１のそれぞれの幅は、実質的に一定で良い。第２実施形態において、第１構造体３１の第１部分３１ａは、第１導電部材１０と化学結合し、第２部分３１ｂは、第２導電部材２０に当接する。これにより、熱伝導が抑制できる。

図６（ｂ）に示す例では、第１構造体３１の第２部分３１ｂの頂部３１Ｆは、凹部３１Ｄを含む。凹部３１Ｄの少なくとも一部は、第２導電部材２０から離れている。凹部３１Ｄが設けられることで、熱伝導がより抑制できる。凹部３１Ｄの深さは、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

第２実施形態においても、複数の第１構造体３１の１つの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う長さＨ１は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。第２実施形態においても、第１導電部材１０と第２導電部材２０との間の複数の第１構造体３１を除く領域の少なくとも一部は、空隙１０Ｇである。第２実施形態に係る発電素子１１０も、容器５０（図１（ａ）参照）を含んでも良い。素子部１０Ｅは、容器５０の中に設けられる。容器５０の中の気圧は、大気圧よりも低い。

図７は、発電素子の特性を例示するグラフ図である。
図７は、ギャップ長Ｄ１と、発電により得られる電流と、の関係のシミュレーション結果を例示している。図７の横軸は、ギャップ長Ｄ１である。縦軸は、電流密度Ｊｅである。図７には、エミッタ（例えば第１導電部材１０）の仕事関数Φを変えたときの特性が例示されている。

図７に示すように、ギャップ長Ｄ１が小さくなると、電流密度Ｊｅが高くなる。実施形態において、ギャップ長Ｄ１（すなわち、長さＨ１）は、１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、例えば、高い電流密度Ｊｅが得られる。

第１実施形態及び第２実施形態において、複数の第１構造体３１は、例えば、酸化アルミニウム及び酸化シリコンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。これにより、高い絶縁性が得易い。実施形態において、複数の第１構造体３１は、絶縁性であることが好ましい。これにより、複数の第１構造体３１を介して第１導電部材１０と第２導電部材２０との間に電流が流れることが抑制される。第２構造体３２は、絶縁性であることが好ましい。複数の第１構造体３１、及び、第２構造体３２は、窒化アルミニウムを含んでも良い。これにより、高い耐熱性が得易い。複数の第１構造体３１、及び、第２構造体３２は、半導体を含んでも良い。

第１実施形態及び第２実施形態において、第１導電部材１０及び第２導電部材２０の少なくともいずれかは、例えば、Ａｌを含む窒化物、及び、ダイアモンドよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。Ａｌを含む窒化物は、例えばＡｌＧａＮである。ＡｌＧａＮの組成比は、例えば、０．２以上０．７５以下である。

図８は、実施形態に係る発電素子を例示する模式的断面図である。
図８に示すように、第１導電部材１０は、第１層１１及び表面層１２を含んでも良い。表面層１２は、第１層１１の表面に設けられる。第１層１１は、例えば、Ａｌを含む窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）を含む。この場合、表面層１２は、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｂ及びＣａよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。表面層１２の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下である。表面層１２が設けられることで、電子ｅ１が放出され易くなる。表面層１２は、連続的な膜状でも良く、網状でも良く、不連続な島状でも良い。表面層１２は、上記の元素が吸着した領域でも良い。

第１層１１は、ダイアモンドを含んでも良い。この場合、表面層１２は、水素を含む。電子ｅ１が放出され易くなる。水素を含む表面層１２の厚さは、例えば、１原子層の厚さが好ましい。水素を含む表面層１２の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下である。

第２導電部材２０は、第２層２１及び表面層２２を含んでも良い。表面層２２は、第２層２１の表面に設けられる。第２層２１は、例えば、Ａｌを含む窒化物（例えば、ＡｌＧａＮ）を含む。この場合、表面層２２は、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｂ及びＣａよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。表面層２２の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下である。表面層２２が設けられることで、電子ｅ１が受け入れ易くなる。表面層２２は、連続的な膜状でも良く、網状でも良く、不連続な島状でも良い。表面層２２は、上記の元素が吸着した領域でも良い。

第２層２１は、ダイアモンドを含んでも良い。この場合、表面層２２は、水素を含む。電子ｅ１が受け入れ易くなる。水素を含む表面層１２の厚さは、例えば、０．１ｎｍ以上１ｎｍ以下である。

表面層１２及び表面層２２の少なくともいずれかは、連続膜でも、不連続膜でも良い。

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態に係る発電モジュール及び発電装置を示す模式的断面図である。
図９（ａ）に示すように、実施形態に係る発電モジュール２１０は、実施形態に係る発電素子１１０を含む。この例では、基板１２０の上において、複数の発電素子１１０が並ぶ。

図９（ｂ）に示すように、実施形態に係る発電装置３１０は、上記の発電モジュール２１０を含む。複数の発電モジュール２１０が設けられても良い。この例では、基板２２０の上において、複数の発電モジュール２１０が並ぶ。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、実施形態に係る発電装置及び発電システムを示す模式図である。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施形態に係る発電装置３１０（すなわち、第１実施形態に係る発電素子１１０または発電モジュール２１０）は、太陽熱発電に応用できる。

図１０（ａ）に示すように、例えば、太陽６１からの光は、ヘリオスタット６２で反射し、発電装置３１０（発電素子１１０または発電モジュール２１０）に入射する。光は、例えば、第１導電部材１０の温度を上昇させる。第１導電部材１０の温度が第２導電部材２０の温度よりも高くなる。熱が、電流に変換される。電流が電線６５などにより送電される。

図１０（ｂ）に示すように、例えば、太陽６１からの光は、集光ミラー６３で集光され、発電装置３１０（発電素子１１０または発電モジュール２１０）に入射する。光による熱が、電流に変換される。電流が電線６５などにより送電される。

例えば、発電システム４１０は、発電装置３１０を含む。この例では、複数の発電装置３１０が設けられる。この例では、発電システム４１０は、発電装置３１０と、駆動装置６６と、を含む。駆動装置６６は、発電装置３１０を太陽６１の動きに追尾させる。追尾により、効率的な発電が実施できる。

実施形態に係る発電素子１１０を用いることで、高効率の発電が実施できる。

実施形態によれば、効率を向上できる発電素子が提供できる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発電素子に含まれ導電部材、構造体、及び、容器などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した発電素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発電素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…第１導電部材、１０Ｅ…素子部、１０Ｇ…空隙、１１…第１層、１２…表面層、２０…第２導電部材、２１…第２層、２２…表面層、３１…第１構造体、３１Ｄ…凹部、３１Ｆ…頂部、３１ａ～３１ｃ…第１～第３部分、３２…第２構造体、３２ｄ、３２ｅ…第４、第５部分、５０…容器、５０ａ、５０ｂ…第１、第２部材、５０ｃ…側部、５０ｄ…電極、５１…弾性部材、６１…太陽、６２…ヘリオスタット、６３…集光ミラー、６５…電線、６６…駆動装置、１１０…発電素子、１２０…基板、２１０…発電モジュール、２２０…基板、３１０…発電装置、４１０…発電システム、Ｄ１…ギャップ長、Ｈ１…長さ、Ｊｅ…電流密度、ｅ１…電子、ｗ１～ｗ５…第１～第５長さ

Claims

第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部と、
容器と、
を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第１導電部材に固定され、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短く、
前記素子部は、前記容器の中に設けられ、
前記容器の中の気圧は、大気圧よりも低い、発電素子。
前記第２部分は、前記第２導電部材を支持する、請求項１記載の発電素子。
前記複数の第１構造体の前記１つは、錘状または錘台状である、請求項１または２に記載の発電素子。
前記第２部分は、前記第２導電部材に対向する頂部を含み、
前記頂部は、凹部を含み、
前記凹部の少なくとも一部は、前記第２導電部材から離れた、請求項１または２に記載の発電素子。
前記第１長さは、前記第２長さの１．２倍以上である、請求項１～４のいずれか１つに記載の発電素子。
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた第２構造体をさらに備え、
前記第２構造体は、第４部分と、第５部分と、を含み、
前記第４部分は、前記第２導電部材に固定され、
前記第５部分は、前記第４部分と前記第１導電部材との間にあり、
前記第５部分の前記第２方向に沿う第５長さは、前記第４部分の前記第２方向に沿う第４長さよりも短い、請求項１～５のいずれか１つに記載の発電素子。
前記第４長さは、前記第５長さの１．２倍以上である、請求項６記載の発電素子。
前記第４部分は、前記第２導電部材と化学結合し、
前記第５部分は、前記第１導電部材に当接する、請求項６または７に記載の発電素子。
前記第１部分は、前記第１導電部材と化学結合し、
前記第２部分は、前記第２導電部材に当接する、請求項１～８のいずれか１つに記載の発電素子。
前記複数の第１構造体の前記１つは、第３部分をさらに含み、
前記第３部分は、前記第１方向において、前記第２部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２長さは、前記第３部分の前記第２方向に沿う第３長さよりも短い、請求項１記載の発電素子。
前記第３長さは、前記第２長さの１．２倍以上である、請求項１０記載の発電素子。
第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部と、
容器と、
を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第１部分は、前記第１導電部材と化学結合し、
前記第２部分は、前記第２導電部材に当接し、
前記容器の中の気圧は、大気圧よりも低い、発電素子。
前記複数の第１構造体の前記１つの前記第１方向に沿う長さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である、請求項１～１１のいずれか１つに記載の発電素子。
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間の前記複数の第１構造体を除く領域の少なくとも一部は、空隙である、請求項１～１３のいずれか１つに記載の発電素子。
前記複数の第１構造体は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、及び、窒化アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～１４のいずれか１つに記載の発電素子。
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくともいずれかは、Ａｌを含む窒化物、及び、ダイアモンドよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の発電素子。
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくともいずれかは、
Ａｌを含む窒化物を含む第１層と、
前記第１層の表面に設けられた表面層と、
を含み、
前記表面層は、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｂ及びＣａよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の発電素子。
第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第１導電部材に固定され、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短く、
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくともいずれかは、
Ａｌを含む窒化物を含む第１層と、
前記第１層の表面に設けられた表面層と、
を含み、
前記表面層は、Ｓｅ、Ｃｓ、Ｂ及びＣａよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、発電素子。
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくともいずれかは、
ダイアモンドを含む第１層と、
前記第１層の表面に設けられ水素を含む表面層と、
を含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の発電素子。
第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第１導電部材に固定され、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短く、
前記第１導電部材及び前記第２導電部材の少なくともいずれかは、
ダイアモンドを含む第１層と、
前記第１層の表面に設けられ水素を含む表面層と、
を含む、発電素子。
前記第１導電部材の温度が前記第２導電部材の温度よりも高いときに、
前記第１導電部材から前記第２導電部材に向けて電子が放出される、請求項１～２０のいずれか１つに記載の発電素子。
第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第１導電部材に固定され、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短く、
前記第１導電部材の温度が前記第２導電部材の温度よりも高いときに、
前記第１導電部材から前記第２導電部材に向けて電子が放出される、発電素子。
第１導電部材と、
第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に設けられた複数の第１構造体と、
を含む素子部を備え、
前記複数の第１構造体の１つは、第１部分と、第２部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第１導電部材に固定され、
前記第２部分は、前記第１部分と前記第２導電部材との間にあり、
前記第２部分の、前記第１導電部材から前記第２導電部材への第１方向と交差する第２方向に沿う第２長さは、前記第１部分の前記第２方向に沿う第１長さよりも短く、
前記複数の第１構造体は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、及び、窒化アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、発電素子。