JP7384568B2 - 熱電変換材料および熱電変換モジュール - Google Patents
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Description
以下、実施の形態を説明する前に、本発明者が検討した事項について説明する。
[熱電変換モジュール]
以下、本実施の形態の熱電変換モジュール(熱電変換素子)について、図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る熱電変換モジュールの要部を示す斜視模式図である。図2は、図1に示す熱電変換モジュールの要部を示す断面模式図である。
<熱電変換材料の構成>
以下、本実施の形態の熱電変換材料の構成について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態の熱電変換材料の構成を示す断面模式図である。
以下、本実施の形態の熱電変換材料の結晶構造について、図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態の熱電変換材料の電子顕微鏡像である。
以下、本実施の形態の熱電変換材料において、母相および添加相を構成する元素を他の元素に置換した場合における、母相の組成比γおよび熱電特性への影響について説明する。
本実施の形態の熱電変換材料101の主要な特徴の一つは、図3に示すように、チムニーラダー型化合物MXγ(例えばMnSiγ)からなる母相102と、母相102の粒界に存在する添加相103とを含んでいることである。そして、母相102は、チムニーラダー型化合物MXγの格子定数を変化させる第3元素を含んでいる。すなわち、母相102は、チムニーラダー型化合物中の第2元素X(例えばSi)の一部と置換される元素Y(例えばGe)、または、母相102を構成するチムニーラダー型化合物中の第1元素M(例えばMn)の一部と置換される元素Z(例えばCr、Fe)を含んでいる。また、添加相103は、元素T(例えばGe)および第2元素Xを含んでいる。元素Tは、第2元素Xと化合物を形成する元素である。
以下、上記実施の形態の第1の変形例(以下、変形例1)の熱電変換モジュールについて、図13および図14を用いて説明する。図13は、変形例1に係る熱電変換モジュールの要部を示す斜視模式図である。図14は、図13に示す熱電変換モジュールの要部を示す平面模式図である。
以下、上記実施の形態の第2の変形例(以下、変形例2)の熱電変換モジュールについて、図15を用いて説明する。図15は、変形例2に係る熱電変換モジュールの要部を示す断面模式図である。
以下、上記実施の形態の第3の変形例(以下、変形例3)の熱電変換モジュールについて、図16を用いて説明する。図16は、変形例3に係る熱電変換モジュールの要部を示す断面模式図である。
以下、上記実施の形態の第4の変形例(以下、変形例4)の熱電変換モジュールについて、図17を用いて説明する。図17は、変形例4に係る熱電変換モジュールの要部を示す断面模式図である。
11,21,31,41,51 熱電変換部
12,22,32,42,52 下部基板
13,33,43,53 上部基板
14,24,34,44,54 p型熱電変換材料
15,25,55 n型熱電変換材料
16,26,36,46,56 電極
47,57 絶縁膜
101 熱電変換材料
102 母相
103 添加相
Claims (15)
- 4~9族の第1元素および13~15族の第2元素により構成されるチムニーラダー型化合物を含む母相と、前記母相の粒界に存在する添加相とを有し、
前記母相は、前記チムニーラダー型化合物の格子定数を変化させる第3元素を含み、
前記添加相は、前記第2元素を含む(ただし、前記添加相は、前記母相または前記添加相に含まれる前記第2元素もしくは前記第2元素を含む化合物よりも抵抗の低い成分を含まない)、熱電変換材料。 - 請求項1記載の熱電変換材料において、
前記母相と前記添加相とは、共晶反応、共析反応、包晶反応、包析反応、偏晶反応または偏析反応のいずれの反応によっても化合物を形成せずに、互いに分離された状態で存在している、熱電変換材料。 - 請求項1記載の熱電変換材料において、
前記添加相は、前記第2元素と化合物を形成する第4元素を含む、熱電変換材料。 - 請求項3記載の熱電変換材料において、
前記第4元素は、GeまたはSnである、熱電変換材料。 - 請求項1記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、前記第1元素の一部または前記第2元素の一部と置換されることによって、前記チムニーラダー型化合物中の前記第1元素に対する前記第2元素の組成比を変化させる、熱電変換材料。 - 請求項5記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、前記第2元素の一部と置換され、
前記第3元素の原子量は、前記第2元素の原子量よりも大きい、熱電変換材料。 - 請求項6記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、GeまたはSnである、熱電変換材料。 - 請求項5記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、前記第1元素の一部と置換され、
前記第3元素は、前記第1元素と異なる価数の元素である、熱電変換材料。 - 請求項8記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、Cr、Re、Fe、W、OsまたはIrである、熱電変換材料。 - 請求項5記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、前記第1元素の一部と置換され、
前記第3元素の原子量は、前記第1元素の原子量よりも大きい、熱電変換材料。 - 請求項10記載の熱電変換材料において、
前記第3元素は、Cr、Re、Fe、W、OsまたはIrである、熱電変換材料。 - 請求項1記載の熱電変換材料を含む熱電変換部を備える、熱電変換モジュール。
- 請求項12記載の熱電変換モジュールにおいて、
前記熱電変換部は、π型である、熱電変換モジュール。 - 請求項12記載の熱電変換モジュールにおいて、
前記熱電変換部は、ユニレグ型である、熱電変換モジュール。 - 請求項12記載の熱電変換モジュールにおいて、
前記熱電変換部は、トランスバース型である、熱電変換モジュール。
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