JP7366393B2 - 熱電変換材料、およびそれを用いた熱電変換素子、熱電発電モジュール及びペルチェ冷却器 - Google Patents
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(1)本発明の一様態に係る熱電変換材料は、Ag2Seを含む基材と、前記基材中に添加された硫黄(S)およびテルル(Te)からなる群から選択された少なくとも一つの元素(M)とを有し、前記基材中のセレン(Se)の原子数に対する前記Mの原子数の比率であるxが0超かつ0.06以下であり、300~380Kにおける無次元熱電性能指数Z T が0.8超であることを特徴とする。
(2)(1)に記載の熱電変換材料は、Ag2SeMxの組成式で表され、セレン(Se)の原子数に対する前記Mの原子数である前記xが0超かつ0.02未満であってもよい。
(3)(1)又は(2)に記載の熱電変換材料は、前記xが0超かつ0.01以下であってもよい。
(4)(2)に記載の熱電変換材料は、Ag2SeSyの組成式で表され、セレン(Se)の原子数に対する硫黄(S)の原子数の比率であるyが0超かつ0.02未満であってもよい。
(5)(4)に記載の熱電変換材料は、前記yが0超かつ0.01以下であってもよい。
(6)本発明の一様態に係る熱電変換素子は、(1)から(5)のいずれか一項に記載の熱電変換材料を有する熱電変換素子であってもよい。
(7)本発明の一様態に係る熱電発電モジュールは、(6)に記載の熱電変換素子を有する熱電発電モジュールであってもよい。
(8)本発明の一様態に係るペルチェ冷却器は、(6)に記載の熱電変換素子を有するペルチェ冷却器であってもよい。
本発明の第1実施形態に係る熱電変換材料は
Ag2Seを含む基材と、前記基材中に添加された硫黄(S)およびテルル(Te)からなる群から選択された少なくとも一つの元素(M)とを有し、
前記基材中のセレン(Se)の原子数に対する前記Mの原子数の比率であるxが0超かつ0.06以下であることを特徴とする。
図8に示すように、本発明の第2実施形態に係る熱電変換素子10は、熱電変換材料11及び熱電変換材料11を挟持する一対の電極材料12を有する。熱電変換材料11が第1実施形態に記載の熱電変換材料を使用する。
図9に示すように、本発明の第3実施形態に係る熱電発電モジュール30は、P型熱電変換素子10aと、N型熱電変換素子10bと、P型熱電変換素子10aおよびN型熱電変換素子10bのそれぞれ一方の側に接触する上部接合電極31と、P型熱電変換素子10aの他方の側に接触する下部接合電極32と、N型熱電変換素子10bの他方の側に接触する下部接合電極33とを有する。図9に示すように熱電発電モジュール30は全体がπ型の形状とされる。
図10に示すように、本発明の第4実施形態に係るペルチェ冷却器50は、P型熱電変換素子10aと、N型熱電変換素子10bと、P型熱電変換素子10aおよびN型熱電変換素子10bのそれぞれ一方の側に接触する上部接合電極31と、P型熱電変換素子10aの他方の側に接触する下部接合電極32と、N型熱電変換素子10bの他方の側に接触する下部接合電極33と、下部接合電極32及び下部接合電極33に接続され、下部接合電極33に正電圧、下部接合電極32に負電圧を印加する電源部51とを有する。なお、この第4実施形態においては、第3実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
原料である銀(Ag)7.320g及びセレン(Se)2.680g(合計10.000g)を、石英管の中に真空封入し、1273Kで反応させて、理論密度99%以上のAg2Se多結晶試料を得た。得られたAg2Se多結晶試料の一部は粉末状に砕いた後、X線回折でAg2Seの相を測定した。X線回折の測定結果を図1に示した。なお、図1において、y=0のときの結果が比較例1の結果である。
原料である銀(Ag)5.907g、硫黄(S)0.004g及びセレン(Se)2.162g(合計8.073g)を、石英管の中に真空封入し、1273Kで反応させて、理論密度99%以上のAg2Se0.005多結晶試料を得た。得られたAg2SeS0.005多結晶試料は比較例1と同様の手法でAg2SeS0.005の相を測定した。また、キャリア量n、キャリア移動度μ、電気抵抗率ρ、ゼーベック係数S、熱伝導率κtotal及び無次元性能指数ZTも比較例1と同様の手法で測定した。
なお、図1~7において、y=0.005のときの結果が実施例1の結果である。
原料である銀(Ag)5.785g、硫黄(S)0.009g及びセレン(Se)2.117g(合計7.911g)を、石英管の中に真空封入し、1273Kで反応させて、理論密度99%以上のAg2SeS0.01多結晶試料を得た。得られたAg2Se0.01多結晶試料は比較例1と同様の手法でAg2SeS0.01の相を測定した。また、キャリア量n、キャリア移動度μ、電気抵抗率ρ、ゼーベック係数S、熱伝導率κtotal、出力因子S2/ρ及び無次元性能指数ZTも比較例1と同様の手法で測定した。
なお、図1~7において、y=0.01のときの結果が実施例2の結果である。
原料である銀(Ag)5.997g、硫黄(S)0.013g及びセレン(Se)2.195g(合計8.205g)を、石英管の中に真空封入し、1273Kで反応させて、理論密度99%以上のAg2Se0.015多結晶試料を得た。得られたAg2SeS0.015多結晶試料は比較例1と同様の手法でAg2SeS0.015の相を測定した。また、キャリア量n、キャリア移動度μ、電気抵抗率ρ、ゼーベック係数S、熱伝導率κtotal、出力因子S2/ρ及び無次元性能指数ZTも比較例1と同様の手法で測定した。
なお、図1~7において、y=0.015のときの結果が実施例3の結果である。
原料である銀(Ag)5.886g、硫黄(S)0.018g及びセレン(Se)2.155g(合計8.059g)を、石英管の中に真空封入し、1273Kで反応させて、理論密度99%以上のAg2Se0.02多結晶試料を得た。得られたAg2SeS0.02多結晶試料は比較例1と同様の手法でAg2SeS0.02の相を測定した。また、キャリア量n、キャリア移動度μ、電気抵抗率ρ、ゼーベック係数S、熱伝導率κtotal、出力因子S2/ρ及び無次元性能指数ZTも比較例1と同様の手法で測定した。
なお、図1~7において、y=0.02のときの結果が実施例4の結果である。
11熱電変換材料
12電極材料
10aP型熱電変換素子
10bN型熱電変換素子
30熱電発電モジュール
31上部接合電極
32下部接合電極
33下部接合電極
50ペルチェ冷却器
51電源部
Claims (8)
- Ag2Seを含む基材と、前記基材中に添加された硫黄(S)およびテルル(Te)からなる群から選択された少なくとも一つの元素(M)とを有し、
前記基材中のセレン(Se)の原子数に対する前記Mの原子数の比率であるxが0超かつ0.06以下であり、
300~380Kにおける無次元熱電性能指数ZTが、0.8超であることを特徴とする熱電変換材料。 - Ag2SeMxの組成式で表され、セレン(Se)の原子数に対する前記Mの原子数である前記xが0超かつ0.02未満であることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換材料。
- 前記xが0超かつ0.01以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の熱電変換材料。
- Ag2SeSyの組成式で表され、セレン(Se)の原子数に対する硫黄(S)の原子数の比率であるyが0超かつ0.02未満であることを特徴とする請求項2に記載の熱電変換材料。
- 前記yが0超かつ0.01以下であることを特徴とする請求項4に記載の熱電変換材料。
- 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の熱電変換材料を有する熱電変換素子。
- 請求項6に記載の熱電変換素子を有する熱電発電モジュール。
- 請求項6に記載の熱電変換素子を有するペルチェ冷却器。
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JP2019100662A JP7366393B2 (ja) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | 熱電変換材料、およびそれを用いた熱電変換素子、熱電発電モジュール及びペルチェ冷却器 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019100662A JP7366393B2 (ja) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | 熱電変換材料、およびそれを用いた熱電変換素子、熱電発電モジュール及びペルチェ冷却器 |
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JP2020194926A JP2020194926A (ja) | 2020-12-03 |
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CN113224230B (zh) * | 2021-04-27 | 2022-12-09 | 上海应用技术大学 | 一种柔性Ag2S/甲基纤维素复合热电薄膜的制备方法 |
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J. B. Conn et al.,"Thermoelectric and Crystallographic Properties of Ag2Se",JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY,1960年,Vol. 107, No. 12,p. 977 - 982 |
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