JPH06252451A - Thermoelectric material of doped semiconductor base and thermoelectric device or thermoelectric element couple - Google Patents

Thermoelectric material of doped semiconductor base and thermoelectric device or thermoelectric element couple

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JPH06252451A
JPH06252451A JP5038632A JP3863293A JPH06252451A JP H06252451 A JPH06252451 A JP H06252451A JP 5038632 A JP5038632 A JP 5038632A JP 3863293 A JP3863293 A JP 3863293A JP H06252451 A JPH06252451 A JP H06252451A
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JP
Japan
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thermoelectric
thermoelectric material
power factor
zinc oxide
indium
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JP5038632A
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Japanese (ja)
Inventor
Masakazu Kobayashi
林 正 和 小
Kazuhiko Shinohara
原 和 彦 篠
Fumio Munakata
像 文 男 宗
Masanori Nemoto
本 昌 教 根
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH06252451A publication Critical patent/JPH06252451A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize thermoelectric material and a thermoelectric device both excellent in thermal resistance and large in figure of merit by a method wherein doped semiconductor base is made to contain counter dopant possessed of a compensation effect so as to be maximal in power factor. CONSTITUTION:Provided that Z denotes the characteristics of thermoelectric material, Z is represented by a formula, Z=P/K wherein P is a power factor or P=S<2> (Seebeck coefficient) Xdelta (electric conductivity), and K is thermal conductivity. Thermoelectric material is zinc oxide wherein zinc, indium, and lithium are mixed, and provided that the content ratio of zinc, indium, and lithium is represented by alpha:beta:gamma (alpha+beta+gamma=1), beta and gamma are so specified as to satisfy formulas, 0.00<beta<5.00% and 0.00<gamma<0.42%, and thermoelectric material is burned. Therefore, the thermoelectric material concerned is stable in characteristics even in an oxidizing atmosphere, so that excellent N-type thermoelectric material and a thermoelectric device or a thermoelectric element couple formed thereof can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、排熱利用発電や地熱発
電等に利用されるドープ半導体基材を用いた熱電材料お
よび熱電素子または熱電素子対に関し、とくに、安価な
原料と一般的でかつ容易な粉末焼成法を用いて大気中で
焼成することによっても得ることが可能である耐熱性に
優れそして性能指数zが大きい酸化亜鉛系熱電材料およ
び熱電素子または熱電素子対に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric material and a thermoelectric element or thermoelectric element pair using a doped semiconductor substrate used for waste heat power generation, geothermal power generation, etc. The present invention also relates to a zinc oxide-based thermoelectric material and a thermoelectric element or a thermoelectric element pair, which have excellent heat resistance and can have a large figure of merit z and can be obtained by firing in air using an easy powder firing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】2種の異なる導体または半導体を接合し
て一方の接合部を高温に保つと共に他方の接合部を低温
に保つと、この温度差に応じた起電力を発生する現象が
あり、このような現象をゼーベック効果と称している。
2. Description of the Related Art When two different kinds of conductors or semiconductors are joined and one junction is kept at a high temperature and the other junction is kept at a low temperature, there is a phenomenon that an electromotive force corresponding to this temperature difference is generated. This phenomenon is called the Seebeck effect.

【0003】このようなゼーベック効果を応用するもの
に排熱利用発電や地熱発電等の熱電発電があり、この熱
電発電と熱電冷却とを合わせて熱電変換と称していて、
このような熱交換は可動部分が伴なわないのでエネルギ
ー直接変換のひとつとされている。
There are thermoelectric generations such as exhaust heat utilization power generation and geothermal power generation that apply such Seebeck effect, and this thermoelectric generation and thermoelectric cooling are collectively called thermoelectric conversion.
Such heat exchange is considered as one of direct energy conversion because it does not involve moving parts.

【0004】このような熱電変換作用を有する熱電材料
としては、例えば、BiTe,PbTe,Pb
Te,GeTeなどの金属間化合物を主体としたものが
知られている。
Examples of thermoelectric materials having such a thermoelectric conversion action include Bi 2 Te 3 , Pb 2 Te 3 and Pb.
It is known that the main component is an intermetallic compound such as Te or GeTe.

【0005】しかしながら、このような従来既知の金属
間化合物を主体とした熱電材料は、希少元素を多く用い
ていると共に、高い純度が要求され、製造プロセスが複
雑であるなど、コストが著しく高いものとなっていた。
However, such a thermoelectric material mainly composed of a conventionally known intermetallic compound uses a large amount of rare elements, requires high purity, and has a complicated manufacturing process. It was.

【0006】加えて、従来既知の熱電材料では、最適使
用温度および最大使用温度が低いものが多く、高温で不
安定になりやすいものであって、例えば、PbTeを発
電用として使用する場合には、Teの昇華による熱電素
子の劣化を防止するために閉鎖系を採用せねばならず、
システムが複雑でかつ大掛かりなものとなってしまうこ
とから、この点でもコストが高いものとなっていた。
[0006] In addition, most of the conventionally known thermoelectric materials have low optimum and maximum operating temperatures, and are easily unstable at high temperatures. For example, when PbTe is used for power generation. , A closed system must be adopted to prevent deterioration of the thermoelectric element due to sublimation of Te,
Since the system is complicated and large-scale, the cost is high in this respect as well.

【0007】また、耐熱性に優れていて高温での酸化雰
囲気中であっても使用可能な熱電材料として、酸化亜鉛
に酸化インジウムを添加した組成を有するものも開発さ
れている(n型熱電素子に関する特開昭63−1153
88号公報)。
Further, as a thermoelectric material which has excellent heat resistance and can be used even in an oxidizing atmosphere at a high temperature, one having a composition in which indium oxide is added to zinc oxide has been developed (n-type thermoelectric element). Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1153
No. 88).

【0008】しかし、このような組成をもつ材料を焼結
させるには、真空中で焼成しなければならないため、特
殊な焼成炉が必要となり、やはりコストが高くつくもの
となっていた。
However, in order to sinter a material having such a composition, it must be fired in a vacuum, so that a special firing furnace is required, and the cost is also high.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の熱
電材料では、希少元素を多用しかつまた高い純度のもの
が要求されたり、元素の昇華による素子の劣化を防止す
るために閉鎖系を採用せねばならなかったり、真空中で
焼成しなければならないために特殊な焼成炉が必要であ
ったりして、コストが著しく高いものにつくという問題
点があった。
As described above, in the conventional thermoelectric material, a closed system is used in order to prevent the deterioration of the element due to the sublimation of the element or the high purity of the rare element. There is a problem in that the cost is extremely high because it has to be adopted or a special baking furnace is required because it has to be baked in a vacuum.

【0010】また、従来材料においては、半導体基材の
ドーパント量でキャリア濃度を調節して電力因子をある
程度大きくし、その他の添加物や組織構造で熱伝導度を
小さくすることにより性能指数zを大きくする手法が一
般的であって、電力因子の最適化そのものには目が向け
られてはいなかった。
In the conventional material, the carrier concentration is adjusted by the amount of the dopant of the semiconductor substrate to increase the power factor to some extent, and the thermal conductivity is decreased by other additives and the structure of the structure to reduce the performance index z. The method of increasing the size is common, and the optimization of the power factor itself has not been focused on.

【0011】したがって、このような問題点を少しずつ
でも解消し、熱電素子が例えば排熱利用発電や地熱発電
などに使用されるためには700℃(973K)を超え
る位までの優れた耐熱性および高温での大きな電力因子
pそしてより優れた性能指数zを有していることに加
え、熱電材料の原料コストおよび製造コストを低く抑え
ることができ、安価に提供できるようにすることが課題
となっていた。
Therefore, in order to solve such a problem little by little, and the thermoelectric element is used for, for example, power generation using waste heat or geothermal power generation, it has excellent heat resistance up to 700 ° C. (973 K). In addition to having a large power factor p at high temperature and a better figure of merit z, it is possible to keep the raw material cost and the manufacturing cost of the thermoelectric material low and to provide them at low cost. Was becoming.

【0012】[0012]

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、安価な原料と一般的でか
つ容易な粉末焼成法を用いて大気中で焼成する安価な製
造法によっても得ることができ、700℃(973K)
を超える位までの使用に耐えることが可能であって耐熱
性にも優れていて700℃前後の高温において電力因子
pが大きい値を有していて性能指数zが増大した熱電材
料およびこの熱電材料を用いた熱電素子または熱電素子
対を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and is an inexpensive manufacturing method in which an inexpensive raw material and a general and easy powder firing method are used to perform firing in the atmosphere. Can also be obtained by 700 ℃ (973K)
And a thermoelectric material which can withstand use up to a temperature above 100 ° C., has excellent heat resistance, has a large power factor p at a high temperature of around 700 ° C., and has an increased figure of merit z. It is intended to provide a thermoelectric element or a thermoelectric element pair using the.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるドープ半
導体基材を用いた熱電材料は、ドープ半導体基材に、補
償効果を有するカウンタードーパントを電力因子(ゼー
ベック係数Sの二乗×電気伝導度σ)が極大となるよう
に含有させた構成としたことを特徴としており、本発明
の実施態様による酸化亜鉛系熱電材料は、半導体基材と
してn型不純物であるインジウムをドープしたn型酸化
亜鉛を用い、電力因子が極大となるようにカウンタード
ーパントとしてp型不純物であるリチウムを添加したこ
とを特徴としており、さらにこの実施態様においては、
酸化亜鉛中の亜鉛、インジウムおよびリチウムの含有比
をα:β:γ(ただし、α+β+γ=1)としたとき
に、βおよびγが、それぞれ、 0.00<β<5.00% 0.00<γ<0.42% の範囲にある組成としたことを特徴としており、このよ
うな組成になるドープ半導体基材を用いた熱電材料およ
びこれを使用した熱電素子または熱電素子対に係わる発
明の構成をもって前述した従来の課題を解決するための
手段としている。
A thermoelectric material using a doped semiconductor substrate according to the present invention is provided with a counter-dopant having a compensating effect on a doped semiconductor substrate as a power factor (Seebeck coefficient S squared × electric conductivity σ). ) Is maximized, the zinc oxide-based thermoelectric material according to the embodiment of the present invention comprises an n-type zinc oxide doped with indium, which is an n-type impurity, as a semiconductor substrate. It is characterized in that lithium, which is a p-type impurity, is added as a counterdopant so that the power factor is maximized. Further, in this embodiment,
When the content ratio of zinc, indium and lithium in zinc oxide is α: β: γ (where α + β + γ = 1), β and γ are 0.00 <β <5.00% 0.00, respectively. <Γ <0.42% of the composition is characterized in that the invention relates to a thermoelectric material using a doped semiconductor substrate having such a composition and a thermoelectric element or thermoelectric element pair using the same. The structure is used as a means for solving the above-mentioned conventional problems.

【0014】[0014]

【発明の作用】一般に、熱電材料の特性は、性能指数z
で表わされ、大きな性能指数zを有する材料が熱電特性
に優れている。
In general, the characteristics of thermoelectric materials have a figure of merit z.
The material having a large figure of merit z is excellent in thermoelectric properties.

【0015】この性能指数zは、 z=p/k (ただし、pは電力因子、すなわちゼーベック係数Sの
二乗×電気伝導度σであり、kは熱伝導度である。)で
表わされる。
The performance index z is expressed by z = p / k (where p is the power factor, that is, the square of the Seebeck coefficient S × electrical conductivity σ, and k is the thermal conductivity).

【0016】この式より明らかなように、電力因子pが
大きく熱伝導度kが小さいほど性能指数zが大きくな
り、熱電材料として優れたものとなる。
As is clear from this equation, the larger the power factor p and the smaller the thermal conductivity k, the larger the figure of merit z, and the better the thermoelectric material.

【0017】また、電力因子pを大きくするには、ゼー
ベック係数Sと電気伝導度σがともに大きい材料が適し
ていることがわかる。
Further, it is found that a material having a large Seebeck coefficient S and a large electric conductivity σ is suitable for increasing the power factor p.

【0018】ところで、酸化物は、一般的に言って耐熱
性には優れているものの、大きなゼーベック係数Sを示
すものは電気伝導度σが小さく、また、電気伝導度σの
大きいものはゼーベック係数Sが小さいことから、いず
れにしても大きな電力因子pを有するものを得ることは
できなかった。
By the way, although oxides are generally excellent in heat resistance, those having a large Seebeck coefficient S have a small electric conductivity σ, and those having a large electric conductivity σ have a Seebeck coefficient. Since S was small, it was not possible to obtain one having a large power factor p in any case.

【0019】本発明者は、大きな電力因子pを有する材
料を得るべく比較的大きなゼーベック係数を有する酸化
亜鉛系材料に着目し、また、従来の手法ではあまり目が
向けられなかった電力因子の最適化に着目し、種々の添
加物の効果を検討した結果、n型不純物であるインジウ
ム(In)をドープした酸化亜鉛に、カウンタードーパ
ントとしてp型不純物であるリチウム(Li)を添加さ
せることよって、酸化物の電力因子pを大きなものにで
きることを見い出した。
The present inventor has focused on a zinc oxide-based material having a relatively large Seebeck coefficient in order to obtain a material having a large power factor p, and also has an optimum power factor which has not been noticed by the conventional method. As a result of investigating the effect of various additives by paying attention to the formation of the same, by adding lithium (Li) which is a p-type impurity as a counter dopant to zinc oxide doped with indium (In) which is an n-type impurity, It has been found that the power factor p of the oxide can be increased.

【0020】また、酸化亜鉛にインジウムのみを含有さ
せた場合には、真空中で焼成する必要があったが、イン
ジウムと共にリチウムを同時に含有させることによっ
て、大気中での焼成が可能となり、製造コストも著しく
低減できることがわかった。
Further, when zinc oxide contains only indium, it was necessary to perform firing in vacuum. However, by containing lithium together with indium, firing in the atmosphere becomes possible, and the manufacturing cost is increased. It has been found that can also be significantly reduced.

【0021】そこで、本発明に係わる熱電材料では、酸
化亜鉛中の亜鉛、インジウムおよびリチウムの含有比を
α:β:γ(ただし、α+β+γ=1)としたときに、
βおよびγが、それぞれ、 0.00<β<5.00% 0.00<γ<0.42% の範囲にあるように規制した。
Therefore, in the thermoelectric material according to the present invention, when the content ratio of zinc, indium and lithium in zinc oxide is α: β: γ (where α + β + γ = 1),
β and γ were regulated to be in the range of 0.00 <β <5.00% and 0.00 <γ <0.42%, respectively.

【0022】この場合、βが0.00%であると電気伝
導度σが小さくなって電力因子pを大きなものとするこ
とができないので、0.00%<βとする必要があり、
また、βが5.00%以上になるとゼーベック係数Sが
小さくなってこれもまた電力因子pを大きなものとする
ことができないので、β<5.00%とする必要があ
る。
In this case, when β is 0.00%, the electric conductivity σ becomes small and the power factor p cannot be made large. Therefore, it is necessary to set 0.00% <β.
Further, when β becomes 5.00% or more, the Seebeck coefficient S becomes small and the power factor p cannot be made large as well. Therefore, it is necessary to set β <5.00%.

【0023】一方、γが0.00%であると焼結性が悪
くなって真空中で焼成する必要があると共に電気伝導度
σが小さくなって電力因子pを大きなものとすることが
できないので、0.00%<γとする必要があり、ま
た、γが0.42%以上になるとリチウムは酸化亜鉛の
エネルギ帯構造中に深い準位を形成するためにキャリア
濃度が減少して電気伝導度σが小さくなることによりこ
れもまた電力因子pを大きなものとすることができない
ので、γ<0.42%とする必要がある。
On the other hand, if γ is 0.00%, the sinterability deteriorates, and it is necessary to fire in a vacuum, and the electrical conductivity σ becomes small, so that the power factor p cannot be made large. , 0.00% <γ, and when γ is 0.42% or more, lithium forms a deep level in the energy band structure of zinc oxide, so that the carrier concentration decreases and the electric conduction decreases. Since the power factor p cannot be increased due to the decrease in the degree σ, it is necessary to set γ <0.42%.

【0024】本発明に係わる酸化亜鉛系熱電材料を製造
するに際しては、高価な真空雰囲気中での粉末焼成法に
よらなくとも、大気中で実施される通常の粉末焼成法を
採用することができる。
In producing the zinc oxide-based thermoelectric material according to the present invention, an ordinary powder firing method carried out in the air can be employed without depending on the expensive powder firing method in a vacuum atmosphere. .

【0025】そこで、例えば、酸化亜鉛粉末に、酸化イ
ンジウムと炭酸リチウム粉末を加え、十分混合した後に
加圧成形し、大気中で焼成して焼結体を得る。
Therefore, for example, indium oxide and lithium carbonate powder are added to zinc oxide powder, sufficiently mixed, pressure-molded, and fired in the air to obtain a sintered body.

【0026】このときの焼成温度は、1000〜135
0℃の範囲とするのが好ましく、1000℃よりも低い
と電気伝導度σが低下して電力因子pが小さくなる傾向
となり、また、1350℃よりも高いと酸化亜鉛が昇華
し始めるようになるので好ましくない。そして、焼成時
間は18時間程度とすることが好ましい。
The firing temperature at this time is 1000 to 135.
It is preferably in the range of 0 ° C., and when it is lower than 1000 ° C., the electric conductivity σ is lowered and the power factor p tends to be small, and when it is higher than 1350 ° C., zinc oxide starts to sublime. It is not preferable. The firing time is preferably about 18 hours.

【0027】このようにして得られた焼結体は、酸化雰
囲気中においても安定した性能を示し、優れたn型熱電
材料およびこれを素材とした熱電素子または熱電素子対
となる。
The sintered body thus obtained exhibits stable performance even in an oxidizing atmosphere, and becomes an excellent n-type thermoelectric material and a thermoelectric element or a thermoelectric element pair using the same.

【0028】また、本発明に係わる熱電材料および熱電
素子または熱電素子対は、原料として安価な酸化亜鉛を
主体に用いるため、希少元素を多用する従来の熱電材料
に比べて安価であり、さらに、通常の粉末焼成プロセス
で容易に製造することができるので、製造コストも著し
く低下することとなる。
Further, since the thermoelectric material and the thermoelectric element or the thermoelectric element pair according to the present invention mainly uses inexpensive zinc oxide as a raw material, it is cheaper than the conventional thermoelectric material which uses many rare elements, and further, Since it can be easily manufactured by a normal powder firing process, the manufacturing cost will be significantly reduced.

【0029】[0029]

【実施例】酸化亜鉛粉末に、酸化インジウムおよび炭酸
リチウム粉末を加え、エタノールとともにボールミルで
18時間混合した。次いで、この混合粉末を乾燥した
後、900〜1000℃で4時間仮焼成し、ここで得ら
れた仮焼成物を再びエタノールとともにボールミルで1
8時間粉砕・混合した。
EXAMPLE Indium oxide and lithium carbonate powder were added to zinc oxide powder and mixed with ethanol in a ball mill for 18 hours. Next, after drying this mixed powder, it is calcined at 900 to 1000 ° C. for 4 hours, and the calcined product obtained here is again mixed with ethanol in a ball mill for 1 hour.
Crushed and mixed for 8 hours.

【0030】続いて、上記工程で得た仮焼成粉末を乾燥
したのち、少量のバインダー(5重量%ポリビニルブチ
ラール含有エタノール溶液)を加えて造粒し、粒状物を
1tonf/cmで加圧成形することによって、直径
約10mm,厚さ約3mmのグリーン成形体を得た。
Subsequently, the calcined powder obtained in the above step is dried, and then a small amount of binder (5 wt% polyvinyl butyral-containing ethanol solution) is added to granulate, and the granules are pressure-molded at 1 tonf / cm 2. By doing so, a green molded body having a diameter of about 10 mm and a thickness of about 3 mm was obtained.

【0031】次いで、グリーン成形体を大気中で600
℃に1時間保持してバインダーを除去した後、同じく大
気中において1200℃で18時間焼成して酸化亜鉛主
体の焼結体を得た。
Next, the green molded body is subjected to 600 in the atmosphere.
After the binder was removed by holding it at 1 ° C for 1 hour, it was fired at 1200 ° C for 18 hours in the same atmosphere to obtain a zinc oxide-based sintered body.

【0032】次に、上記焼結体を長さ約8mm,断面積
約3mmの短冊形状に研磨成形して短冊状試料とした
後、この短冊状試料の両端にJIS C 1602 R
熱電対(Pt−13%Rh,Pt)を銀ペースト(デ
ュポン社製 6838)で固定すると共に、研磨面に4
端子抵抗測定に使用するPtリード線2本を同じ銀ペー
ストで固定して測定用試料とした。
Next, the above-mentioned sintered body was polished into a strip shape having a length of about 8 mm and a cross-sectional area of about 3 mm 2 to obtain a strip-shaped sample, and JIS C 1602 R was attached to both ends of the strip-shaped sample.
A thermocouple (Pt-13% Rh, Pt) was fixed with a silver paste (DuPont 6838), and 4
Two Pt lead wires used for terminal resistance measurement were fixed with the same silver paste to prepare a measurement sample.

【0033】次いで、この測定用試料を測定用セルに入
れ、室温〜約980K(約707℃)の温度範囲で電気
伝導度σおよびゼーベック係数Sを測定した。
Next, this measurement sample was put in a measurement cell, and the electrical conductivity σ and Seebeck coefficient S were measured in the temperature range of room temperature to about 980 K (about 707 ° C.).

【0034】これらのうち、約780K(約507℃)
および約980K(約707℃)での測定結果を表1〜
表4に示すと共に、インジウム(In)含有量が0.5
0%である組成のものに関してリチウム含有量(Li含
有量)を変化させたときにおける電力因子pの各温度
(ここでは、約534K(約261℃)、約725K
(約452℃)、約930K(約657℃)の三種類)
での変化を調べた結果を図1に示す。
Of these, about 780K (about 507 ° C)
And the measurement results at about 980K (about 707 ° C) are shown in Table 1
As shown in Table 4, the indium (In) content is 0.5.
Each temperature of the power factor p (here, about 534 K (about 261 ° C.), about 725 K when the lithium content (Li content) is changed for the composition of 0%.
(3 types of about 452 ° C) and about 930K (about 657 ° C))
Fig. 1 shows the result of examining the change in the.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】[0037]

【表3】 [Table 3]

【0038】[0038]

【表4】 [Table 4]

【0039】表1ないし表4に示すように、酸化亜鉛に
インジウムおよびリチウムを本発明の範囲内で適量含有
させた本発明実施例では、約980K(約707℃)の
高温において電力因子pが大きい、すなわち性能指数z
が大きい耐熱性に優れた熱電材料およびこれを用いた熱
電素子または熱電素子対を得ることが可能であることが
認められた。
As shown in Tables 1 to 4, in the examples of the present invention in which zinc oxide contained appropriate amounts of indium and lithium within the scope of the present invention, the power factor p was high at a high temperature of about 980K (about 707 ° C). Large, i.e. figure of merit z
It has been found that it is possible to obtain a thermoelectric material excellent in heat resistance and a thermoelectric element or thermoelectric element pair using the same.

【0040】これに対して、インジウムおよびリチウム
の含有比が本発明の範囲を外れる比較例では、約980
K(約707℃)の高温において電力因子pが小さい、
すなわち性能指数zが小さい耐熱性のさほど良くない熱
電材料となっていることが認められた。
On the other hand, in the comparative example in which the content ratio of indium and lithium is outside the range of the present invention, about 980.
The power factor p is small at a high temperature of K (about 707 ° C),
That is, it was confirmed that the thermoelectric material had a small figure of merit z and was not so good in heat resistance.

【0041】また、図1に示すように、インジウム含有
量が0.50%であるときにリチウム含有量を0.42
%より少なくすることによって、インジウムを単独で添
加した(リチウム含有量0)場合よりも大きな電力因子
pを示すことが認められた。
Further, as shown in FIG. 1, when the indium content is 0.50%, the lithium content is 0.42.
It has been confirmed that a power factor p larger than that in the case of adding indium alone (lithium content 0) is exhibited by making the content less than%.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明に係わる熱電材料は、上記した構
成を有するものであるから、原料自体が安価で入手が容
易であると共に、通常の粉末焼成法を用いて大気中焼成
が可能であるため安価に製造することが可能であり、7
00℃前後における電力因子pが大きな値を有していて
性能指数zが大きく、700℃を超える高温までの使用
に耐えることが可能であって耐熱性および熱電特性に優
れたものであることから、性能指数zの大きい耐熱性の
良好なる熱電素子または熱電素子対を得ることが可能で
あり、例えば、適当なp型熱電素子と共に熱電素子対を
構成して複数個組み合わせて排熱利用発電や地熱発電等
に適用することによって、可動部分を伴わない直接発電
型式で安価な電力エネルギーを供給することが可能にな
るという著しく優れた効果がもたらされる。
Since the thermoelectric material according to the present invention has the above-mentioned constitution, the raw material itself is inexpensive and easily available, and it can be fired in the air by using the usual powder firing method. Therefore, it can be manufactured at low cost.
Since the power factor p around 00 ° C has a large value and the figure of merit z is large, it can withstand use up to a temperature higher than 700 ° C, and has excellent heat resistance and thermoelectric properties. It is possible to obtain a thermoelectric element or thermoelectric element pair having a large figure of merit z and good heat resistance. When applied to geothermal power generation or the like, it has a remarkably excellent effect that it is possible to supply inexpensive electric power energy in a direct power generation type without moving parts.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例において、インジウム(In)
含有量が0.50%である組成のものに関してリチウム
(Li)含有量を変化させたときにおける電力因子の各
温度における変化を調べた結果を示すグラフである。
FIG. 1 is an example of indium (In) according to an embodiment of the present invention.
It is a graph which shows the result of having investigated the change in each temperature of a power factor when changing the lithium (Li) content about the composition whose content is 0.50%.

フロントページの続き (72)発明者 根 本 昌 教 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内Front page continuation (72) Inventor Masaru Nemoto 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドープ半導体基材に、補償効果を有する
カウンタードーパントを電力因子(ゼーベック係数Sの
二乗×電気伝導度σ)が極大となるように含有させたこ
とを特徴とするドープ半導体基材を用いた熱電材料。
1. A doped semiconductor substrate, wherein a counterdopant having a compensation effect is contained in the doped semiconductor substrate so that a power factor (Seebeck coefficient S squared × electrical conductivity σ) is maximized. Thermoelectric material using.
【請求項2】 半導体基材としてn型不純物であるイン
ジウムをドープした酸化亜鉛を用い、カウンタードーパ
ントとして深いエネルギー準位を形成するp型不純物で
あるリチウムを用いたことを特徴とする請求項1に記載
の熱電材料。
2. A zinc oxide doped with indium which is an n-type impurity is used as a semiconductor base material, and lithium which is a p-type impurity forming a deep energy level is used as a counter dopant. Thermoelectric material according to.
【請求項3】 請求項2において、酸化亜鉛中の亜鉛、
インジウムおよびリチウムの含有比をα:β:γ(ただ
し、α+β+γ=1)としたときに、βおよびγが、そ
れぞれ、 0.00<β<5.00% 0.00<γ<0.42% の範囲にあることを特徴とする酸化亜鉛系熱電材料。
3. The zinc in zinc oxide according to claim 2,
When the content ratio of indium and lithium is α: β: γ (where α + β + γ = 1), β and γ are 0.00 <β <5.00% 0.00 <γ <0.42, respectively. % Zinc oxide based thermoelectric material.
【請求項4】 請求項1に記載の熱電材料、および請求
項2および3に記載の酸化亜鉛系熱電材料を用いたこと
を特徴とする熱電素子または熱電素子対。
4. A thermoelectric element or a thermoelectric element pair comprising the thermoelectric material according to claim 1 and the zinc oxide-based thermoelectric material according to claims 2 and 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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