JPH09172204A - Thermoelectric conversion apparatus and thermoelectric its manufacture - Google Patents

Thermoelectric conversion apparatus and thermoelectric its manufacture

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JPH09172204A
JPH09172204A JP7330850A JP33085095A JPH09172204A JP H09172204 A JPH09172204 A JP H09172204A JP 7330850 A JP7330850 A JP 7330850A JP 33085095 A JP33085095 A JP 33085095A JP H09172204 A JPH09172204 A JP H09172204A
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JP
Japan
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thermoelectric
thermoelectric conversion
type
high temperature
temperature end
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Application number
JP7330850A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Watanabe
辺 徹 男 渡
Yuichiro Imanishi
西 雄一郎 今
Saneto Miyoshi
好 実 人 三
Keiko Kushibiki
引 圭 子 櫛
Kazuhiko Shinohara
原 和 彦 篠
Masakazu Kobayashi
林 正 和 小
Kenji Furuya
谷 健 司 古
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric conversion apparatus having a pair of thermoelectric conversion excellent in heat resistance at a high temperature junction and capable of being used in a temperature range in which good thermoelectric conversion efficiency is provided. SOLUTION: A thermoelectric conversion apparatus 1 comprises a pair of thermoelectric conversion devices 2 having a p-type thermoelectric semiconductor device 2p and an n-type thermoelectric semiconductor device 2n electrically connected to each other through a high temperature end electrode 4. A high temperature end junction layer 3 mainly made of Ge and having a thickness of 10 to 300μm is formed on a high temperature end-side paired devices junction. Furthermore, when the p-type and n-type thermoelectric semiconductor devices 2p and 2n are electrically connected to each other through the high temperature end electrode 4, they are soldered at the high temperature end-side paired devices junction by using a solder material mainly made of Ge.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から熱起電力
を取り出す熱電発電装置や、冷媒を用いない熱電冷却装
置などの熱電変換装置およびその製造方法に関し、さら
に詳しくは、熱電変換装置を構成する熱電変換素子対の
接合端部の構成およびその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric generator such as a thermoelectric generator for extracting thermoelectromotive force from a heat source and a thermoelectric cooler which does not use a refrigerant, and a method for manufacturing the same, and more specifically, a thermoelectric converter. The present invention relates to a structure of a joint end portion of a thermoelectric conversion element pair and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】p型とn型の熱電半導体が電気的に接合
した構成の熱電変換素子対において、一方の接合部を高
温にしかつ他方の接合部を低温にすると、温度差に応じ
た熱起電力が発生する現象があり、これをゼーベック効
果と称している。また、上記熱電変換素子対において、
一方の熱電半導体から他方の熱電半導体に電流を流す
と、一方の接合部では熱を吸収しかつ他方の接合部では
熱を発生する現象があり、これをペルチェ効果と称して
いる。さらに、p型またはn型の熱電半導体の一方を高
温にしかつ他方を低温にして温度勾配に沿って電流を流
すと、電流の方向によって材料の内部で熱の吸収または
発生を生じる現象があり、これをトムソン効果と称して
いる。
2. Description of the Related Art In a thermoelectric conversion element pair having a structure in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other, if one junction is heated to a high temperature and the other junction is cooled to a low temperature, heat generated according to a temperature difference occurs. There is a phenomenon that electromotive force occurs, which is called the Seebeck effect. In the thermoelectric conversion element pair,
When an electric current is passed from one thermoelectric semiconductor to the other thermoelectric semiconductor, there is a phenomenon that one joint absorbs heat and the other joint generates heat, which is called the Peltier effect. Furthermore, when one of the p-type and n-type thermoelectric semiconductors is heated to a high temperature and the other is cooled to cause a current to flow along a temperature gradient, there is a phenomenon that heat is absorbed or generated inside the material depending on the direction of the current. This is called the Thomson effect.

【0003】このような効果を利用した熱電変換装置
は、振動,騒音,摩耗等を生じる可動部分が全くなく、
構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保守が容易である
という特長を持った簡略化されたエネルギー直接変換装
置となりうるものであって、このような熱電変換装置
は、p型とn型の熱電半導体が電気的に接合した構成の
複数の熱電変換素子対をそなえており、素子対接合部は
p型およびn型熱電半導体同士が直接電気的に接合した
構成、あるいはp型熱電半導体と電極とn型熱電半導体
とが電気的に(すなわち、間接的に)接合した構成をと
るのが普通である。
A thermoelectric converter utilizing such an effect has no moving parts that generate vibration, noise, wear, etc.
The thermoelectric conversion device can be a simplified energy direct conversion device having the features of simple structure, high reliability, long life, and easy maintenance. Of thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other, and the element pair junction has a structure in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are directly electrically connected to each other, or a p-type thermoelectric semiconductor and Usually, the electrode and the n-type thermoelectric semiconductor are electrically (that is, indirectly) bonded to each other.

【0004】このような構成の熱電変換装置には、熱電
変換素子対の両端に設定した温度差に依存して起電力を
取り出す前記ゼーベック効果を利用した熱電発電装置
や、両端に加えた電圧に依存して温度差を生じさせるこ
とにより一端を冷却する前記ペルチェ効果を利用した熱
電冷却装置などがある。
In the thermoelectric conversion device having such a configuration, the thermoelectric power generation device utilizing the Seebeck effect for extracting electromotive force depending on the temperature difference set at both ends of the thermoelectric conversion element pair, and the voltage applied to both ends are used. There is a thermoelectric cooling device utilizing the Peltier effect, which cools one end by producing a temperature difference depending on the temperature.

【0005】一般的に、熱電発電装置は、熱電冷却装置
に比べて、熱電変換素子対の高温端の温度が高くなる。
そして、このような熱電発電装置に用いられる発電用熱
電半導体としては、300℃以上においての発電効率が
良好でしかも耐熱性に優れているシリコン−ゲルマニウ
ムや鉄シリサイドなどが適していることが知られてい
る。
In general, the thermoelectric generator has a higher temperature at the hot end of the thermoelectric conversion element pair than the thermoelectric cooler.
It is known that silicon-germanium, iron silicide, or the like, which has good power generation efficiency at 300 ° C. or higher and excellent heat resistance, is suitable as a thermoelectric semiconductor for power generation used in such a thermoelectric power generator. ing.

【0006】しかしながら、高温端側の素子対接合部分
においては、高温に起因する破壊や剥離、発電出力の低
下、などの問題がある。そこで、これらの問題を解決す
るための素子対接合部の構造あるいは製造方法に関して
開示されているいくつかの従来例がある。
However, the element-to-joint portion on the high temperature end side has problems such as breakage and peeling due to high temperature, and reduction in power generation output. Therefore, there are some conventional examples disclosed regarding the structure or manufacturing method of the element-to-junction portion for solving these problems.

【0007】(1) 例えば、p型およびn型熱電半導
体の両原料粉末を1つの成形型内において左右に分けて
詰め、一体で成形・焼結することにより直接接合する方
法がある(「鉄シリサイド」:西田勲夫,セラミックス
第21巻 p516(1986)、「シリコン−ゲル
マニウム」:持丸敏昭,新素材 4月号 p42 (1
995))。
(1) For example, there is a method in which both p-type and n-type thermoelectric semiconductor raw material powders are separately packed in the right and left in one molding die, and integrally molded and sintered to directly bond (“iron”). "Silicide": Norio Nishida, Ceramics, Volume 21, p516 (1986), "Silicon-Germanium": Toshiaki Mochimaru, April April issue, p42 (1)
995)).

【0008】この方法ではp型熱電半導体とn型熱電半
導体とが直接接合した構成であって、電極層および接合
層を介在させない構成であるため、接合部の耐熱性はか
なり満足できるものであるという特徴がある。
According to this method, the p-type thermoelectric semiconductor and the n-type thermoelectric semiconductor are directly bonded to each other, and the electrode layer and the bonding layer are not interposed, so that the heat resistance of the bonded portion is quite satisfactory. There is a feature called.

【0009】(2) 一方、シリコン−ゲルマニウム主
成分の熱電半導体に関しては、p型およびn型熱電半導
体をそれぞれ電極と拡散接合する方法がある(G.Fl
y.Proc.16th IECEC,II,307−
12(1981))。この場合の拡散接合は、母材の融
点以下の温度で加圧し、接合面間の原子の拡散を利用し
て接合する方法であるので、拡散を促進するためにイン
サート金属を挟んで接合する手法がある。
(2) On the other hand, regarding thermoelectric semiconductors containing silicon-germanium as a main component, there is a method of diffusion-bonding p-type and n-type thermoelectric semiconductors to electrodes (G. Fl).
y. Proc. 16th IECEC, II, 307-
12 (1981)). Diffusion bonding in this case is a method of pressing at a temperature below the melting point of the base material and using the diffusion of atoms between the bonding surfaces, so a method of sandwiching the insert metal to promote diffusion There is.

【0010】具体的には、熱電半導体であるPあるいは
BをドープしたSiGe−5mol%GaPとイン
サート金属に相当するSiGe合金3μmをコーテ
ィングしたBドープSi電極を拡散接合する方法が示さ
れている。この場合、温度:約1250℃、圧力:14
0MPaの接合条件で接合でき、接合形成に伴ってSi
Ge合金層は速やかに熱電半導体層と電極層に拡散
すると報告されている。そして、接合後は光学顕微鏡視
野で明確な接合層が形成されていない構成であって、熱
電半導体と電極との接合部の耐熱性は高いという特徴が
ある。
Specifically, a method of diffusion bonding a P 8 or B 8 doped Si 8 Ge 2 -5 mol% GaP thermoelectric semiconductor and a B-doped Si electrode coated with 3 μm of an Si 2 Ge 8 alloy corresponding to an insert metal. It is shown. In this case, temperature: about 1250 ° C, pressure: 14
Bonding is possible under the bonding condition of 0 MPa, and Si is
It has been reported that the 2 Ge 8 alloy layer diffuses rapidly into the thermoelectric semiconductor layer and the electrode layer. Further, after the bonding, the structure is such that a clear bonding layer is not formed in the visual field of the optical microscope, and the heat resistance of the bonding portion between the thermoelectric semiconductor and the electrode is high.

【0011】(3) 他方、別の素子対接合部の構成お
よび製造方法として、低温域で使用する鉛テルル系熱電
半導体に対して、熱電半導体と電極とをろう付け接合あ
るいははんだ付け接合する方法が開示されている。この
うち、ろう付け接合は、母材間に、溶融金属(ろう)を
添加し、母材とのぬれおよび流れを利用して接合する方
法であり、はんだ付け接合は、ろう付け接合の一種であ
る。そして、熱電半導体とろう材との過剰反応を抑制す
るためや、ろう材のぬれ性,接合強度などを改善するた
めに、熱電半導体層とろう材層との間に金属層を介在さ
せた層構成および製造方法が数多く提案されている(特
開平5−41543号,特開平5−55638号等)。
そして、このようなろう付け接合あるいははんだ付け接
合による方法は、大量生産に向くメリットがあるという
特徴がある。
(3) On the other hand, as another element-joint structure and manufacturing method, a method of brazing or soldering a thermoelectric semiconductor and an electrode to a lead-tellurium-based thermoelectric semiconductor used in a low temperature range Is disclosed. Of these, brazing is a method in which molten metal (wax) is added between the base materials and joining is performed by utilizing the wetting and flow with the base materials. Soldering is a type of brazing joint. is there. A layer in which a metal layer is interposed between the thermoelectric semiconductor layer and the brazing filler metal layer is provided in order to suppress an excessive reaction between the thermoelectric semiconductor and the brazing filler metal, and to improve the wettability and bonding strength of the brazing filler metal. Many configurations and manufacturing methods have been proposed (Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-41543 and 5-55638, etc.).
The method of brazing or soldering has the advantage of being suitable for mass production.

【0012】(4) さらに、鉄シリサイドに対して
は、Cu電極に、Ni−Cu系などのろう材でろう付け
接合された構成の熱電変換素子対を提案しているものが
ある(特開平6−97512号)。
(4) Further, for iron silicide, there has been proposed a thermoelectric conversion element pair constructed by brazing and joining to a Cu electrode with a brazing material such as a Ni—Cu system (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10 (1999) -29100). 6-97512).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

(1) しかしながら、上記(1)の従来技術では、p
型およびn型熱電半導体の両原料粉末を1つの成形型内
において左右に分けて詰め、接合部のみが混合するが他
の部分は混合しないように詰めるので、この工程は極め
て煩雑である。また、接合部近傍にp,n両方の不純物
が混在するため、モビリティーが低下して、電気伝導度
が低下する場合があるなど、接合部の特性が成形型ごと
に安定しない問題がある。さらにこの製造方法では、熱
電変換素子対を一つずつ加圧成形あるいはホットプレス
焼結する必要があるため、数対の熱電素子対からなる例
えばろうそくを熱源とした非常用発電器やガスコンロ用
火炎発電器などは生産できるが、車載用や排熱利用発電
装置などのような数百の素子対からなる熱電発電装置を
量産することはできないという問題点があった。
(1) However, in the prior art of the above (1), p
This process is extremely complicated because the raw material powders for both the mold and the n-type thermoelectric semiconductor are separately packed into the right and left in one molding die and only the joint portion is mixed but the other portions are not mixed. Further, since both p and n impurities are present in the vicinity of the joint, there is a problem that the characteristics of the joint are not stable for each mold, such as a decrease in mobility and a decrease in electric conductivity. Furthermore, in this manufacturing method, since it is necessary to press-form or hot-press sinter the thermoelectric conversion element pairs one by one, a flame for an emergency power generator or a gas stove, which is composed of several pairs of thermoelectric elements, for example, a candle as a heat source, is used. Although a generator and the like can be produced, there is a problem in that it is not possible to mass-produce a thermoelectric generator that includes hundreds of element pairs, such as a vehicle-mounted or exhaust heat utilization generator.

【0014】(2) また、上記(2)の従来技術で
は、製造するに際してかなりの高圧を必要とするため、
大掛かりな加圧・加熱装置が必要である。この従来技術
(2)の熱電変換装置は、木星探査宇宙船用電源を意図
して開発されたもので、少量生産を前提としているので
あるが、同様の製造方法で車載用や排熱利用発電装置な
どの熱電発電装置を量産することは困難である。また、
熱電半導体の熱電変換効率は熱伝導度の逆数に比例する
が、この製造方法では接合部の形成時に加圧・加熱する
ため、熱電半導体の焼結密度や結晶性が向上して、熱伝
導度が上昇してしまい、熱電変換効率が低下する場合が
あるという問題点があった。
(2) Further, in the prior art of the above (2), since a considerably high pressure is required for manufacturing,
A large-scale pressurizing / heating device is required. The thermoelectric conversion device of the prior art (2) was developed with the intention of a power supply for a spacecraft for Jupiter exploration, and is premised on small-scale production. It is difficult to mass-produce such thermoelectric generators. Also,
The thermoelectric conversion efficiency of a thermoelectric semiconductor is proportional to the reciprocal of the thermal conductivity, but this manufacturing method pressurizes and heats when forming the joint, which improves the sintered density and crystallinity of the thermoelectric semiconductor, thus improving the thermal conductivity. However, there is a problem in that the thermoelectric conversion efficiency may decrease due to the increase in the temperature.

【0015】(3) さらに、上記(3)の従来技術で
は、車載用やその他排熱利用発電装置などの熱電発電装
置の場合に利用できる温度は300〜900℃の高温で
あるので、鉛テルル系の熱電半導体では耐熱性が不十分
であるという問題点があった。
(3) Further, in the prior art of the above (3), the temperature that can be used in the case of a thermoelectric generator such as a vehicle-mounted or other exhaust heat utilization generator is a high temperature of 300 to 900 ° C., so that lead tellurium is used. There is a problem that the heat resistance of the thermoelectric semiconductor of the system is insufficient.

【0016】(4) さらにまた、上記(4)の従来技
術では、ろう材中Cu成分が多い場合は、高温でCu成
分と鉄シリサイドの反応が過剰に進行しやすく、鉄シリ
サイドを侵食して溶かすことによって鉄シリサイドとろ
う材との界面に空隙が形成されたり、鉄シリサイド中に
過剰に拡散したり、また、酸化揮発したりする結果、接
合部の熱的電気的抵抗が増加したり、接合強度が低下し
たりする等の問題があり、耐熱性の点で十分満足できる
ものではないという問題点があった。
(4) Further, in the prior art of the above (4), when the Cu content in the brazing material is large, the reaction between the Cu component and the iron silicide easily proceeds excessively at high temperature, and the iron silicide is eroded. As a result of melting, voids are formed at the interface between the iron silicide and the brazing material, excessive diffusion in the iron silicide, and oxidation and volatilization result in an increase in the thermal and electrical resistance of the joint, There is a problem such as a decrease in bonding strength, and there is a problem that heat resistance is not sufficiently satisfactory.

【0017】[0017]

【発明の目的】本発明は、上記した従来の問題点にかん
がみてなされたものであって、上記問題点を解決し、車
載用やその他の排熱利用発電装置などの汎用性の高い熱
電発電装置に適用できる熱電変換素子対を提供し、しか
もこのような熱電変換素子対を大量生産可能な製造方法
で提供することを目的とするものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and solves the above problems, and is a highly versatile thermoelectric generator for use in vehicles or other exhaust heat utilization power generators. It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion element pair applicable to an apparatus, and to provide such a thermoelectric conversion element pair by a manufacturing method capable of mass production.

【0018】具体的には、高温端接合部の耐熱性に優
れ、熱電変換効率が良い温度範囲で使用できる熱電変換
素子対を高温・高圧焼結装置のような大掛かりな装置を
必要とせずして製造することができるようにすることを
目的とするものである。
Specifically, the thermoelectric conversion element pair, which has excellent heat resistance at the high temperature end joint and can be used in a temperature range with good thermoelectric conversion efficiency, does not require a large-scale device such as a high temperature / high pressure sintering device. The purpose is to be able to manufacture.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる熱電変換
装置は、請求項1に記載しているように、p型およびn
型熱電半導体同士あるいはp型およびn型熱電半導体が
電極を介して電気的に接合された熱電変換素子対をそな
えた熱電変換装置において、少なくとも高温端側の素子
対接合部にGeを主成分とする接合層が形成されている
構成としたことを特徴としている。
A thermoelectric conversion device according to the present invention has a p-type and an n-type as described in claim 1.
Type thermoelectric semiconductors, or a thermoelectric conversion device having a thermoelectric conversion element pair in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically joined via electrodes, in which at least the element pair junction on the high temperature end side contains Ge as a main component. It is characterized in that the bonding layer is formed.

【0020】そして、本発明に係わる熱電変換装置の実
施態様においては、請求項2に記載しているように、接
合層の厚みが10〜300μmであるものとしたり、請
求項3に記載しているように、熱電半導体の主成分がシ
リコン−ゲルマニウムであるものとしたり、請求項4に
記載しているように、熱電半導体の主成分が鉄シリサイ
ドであるものとしたりすることができる。
In an embodiment of the thermoelectric conversion device according to the present invention, as described in claim 2, the bonding layer has a thickness of 10 to 300 μm, or in claim 3. As described above, the main component of the thermoelectric semiconductor can be silicon-germanium, or as described in claim 4, the main component of the thermoelectric semiconductor can be iron silicide.

【0021】また、本発明に係わる熱電変換装置の製造
方法は、請求項5に記載しているように、p型およびn
型熱電半導体同士あるいはp型およびn型熱電半導体を
電極を介して電気的に接合するに際し、少なくとも高温
端側の素子対接合部でGeを主成分とするろう材を用い
てろう付けするようにしたことを特徴としている。
The method of manufacturing a thermoelectric conversion device according to the present invention has a p-type and an n-type as described in claim 5.
When electrically bonding type thermoelectric semiconductors or p-type and n-type thermoelectric semiconductors through electrodes, brazing using a brazing material containing Ge as a main component is performed at least at the element pair junction on the high temperature end side. It is characterized by having done.

【0022】そして、本発明に係わる熱電変換装置の製
造方法の実施態様においては、請求項6に記載している
ように、ろう材成分中にGeが90原子%以上含有され
ているろう材を用いてろう付けするようになすことがで
きる。
In an embodiment of the method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to the present invention, as described in claim 6, a brazing material containing Ge at 90 atomic% or more in the brazing material component is used. It can be brazed and used.

【0023】[0023]

【発明の作用】本発明に係わる熱電変換装置は、請求項
1に記載しているように、p型およびn型熱電半導体同
士あるいはp型およびn型熱電半導体が電極を介して電
気的に接合された熱電変換素子対をそなえた熱電変換装
置において、少なくとも高温端側の素子対接合部にGe
を主成分とする接合層が形成されている構成としたこと
を特徴とするものであるが、このような熱電変換素子対
をそなえた熱電変換装置において、熱電変換素対の一端
側を熱源側におくと、この熱源からの熱エネルギーは高
温端側接合層を介して熱電変換素子対の反対側に伝達さ
れて熱電半導体の両端に温度差が生じる。
According to the thermoelectric conversion device of the present invention, as described in claim 1, p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other or p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other via electrodes. In a thermoelectric conversion device having a pair of thermoelectric conversion elements, Ge is formed at least in the element pair junction portion on the high temperature end side.
In the thermoelectric conversion device having such a thermoelectric conversion element pair, one end side of the thermoelectric conversion element pair is connected to the heat source side. In this case, the heat energy from this heat source is transmitted to the opposite side of the thermoelectric conversion element pair via the high temperature end side bonding layer, and a temperature difference is generated at both ends of the thermoelectric semiconductor.

【0024】そして、ゼーベック効果による発電電力は
この温度差の2乗に比例するので、仮に高温端側接合部
の熱抵抗が高いため熱源側から熱電半導体へ熱エネルギ
ーの80%しか伝導されないとすると、出力は64%に
減少してしまうことになるが、本発明においては少なく
とも高温端側の接合層はGeを主成分としているものと
することにより、接合層においては熱電半導体として使
用されるシリコン−ゲルマニウム(SiGe1−x
x=0.4〜0.8)や鉄シリサイドよりも熱伝導度を
高くできるものとなって熱電変換効率のより一層の向上
がもたらされることとなる。
Since the power generated by the Seebeck effect is proportional to the square of this temperature difference, it is assumed that only 80% of the heat energy is conducted from the heat source side to the thermoelectric semiconductor because the thermal resistance of the high temperature end side junction is high. Although the output will be reduced to 64%, in the present invention, at least the bonding layer on the high temperature end side is made of Ge as the main component, so that the silicon used as the thermoelectric semiconductor in the bonding layer. -Germanium (Si x Ge 1-x ,
x = 0.4 to 0.8) and the thermal conductivity can be made higher than that of iron silicide, and the thermoelectric conversion efficiency can be further improved.

【0025】また、p型およびn型熱電半導体は直接的
にあるいは電極を介して間接的に電気的に接合されてお
り、接合層の電気抵抗は小さい方が好ましい。すなわ
ち、電気抵抗が大きい場合は、発電電力が接合部でジュ
ール熱に変換されて損失するばかりでなく、ジュール熱
で局所的に昇温するために、剥離したりろう材と熱電半
導体とが過剰反応したりして熱電半導体の熱電特性が低
下する原因にもなる。そして、熱電変換素子対に使用さ
れる熱電半導体は不純物濃度が高い縮退半導体である
が、本発明において接合層はGeを主成分とすることに
より、同程度量の不純物であっても熱電半導体よりも高
い電気伝導度を得られることとなる。
The p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected directly or indirectly via an electrode, and it is preferable that the electric resistance of the bonding layer is small. That is, when the electric resistance is large, the generated power is not only converted into Joule heat at the joint to be lost, but also the temperature rises locally due to Joule heat, so that peeling or brazing filler metal and thermoelectric semiconductor are excessive. It may also cause a reaction and deteriorate the thermoelectric properties of the thermoelectric semiconductor. The thermoelectric semiconductor used for the thermoelectric conversion element pair is a degenerate semiconductor having a high impurity concentration. However, in the present invention, since the bonding layer contains Ge as the main component, even if the amount of the impurity is about the same, the thermoelectric semiconductor is more than Also, high electric conductivity can be obtained.

【0026】本発明においては少なくとも高温端側の素
子対接合部にGeを主成分とする接合層が形成されてい
るものとしているが、この接合層中には、電気伝導度を
上げるため以外に、熱電半導体や電極との接合強度を増
加するため、熱応力を緩和するため、熱膨張係数を制御
するため、などの目的で、1つあるいは複数種の副成分
を含有させたものとすることができる。この場合、副成
分としては、たとえば、B,Al,Ga,C,Si,
P,As,Sb,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,
Cr,Mo,W,Mn,Fe,Ru,Co,Rh,I
r,Niが挙げられる。これらの副成分は、ろう材成分
として供給されるほか、ろう付け前に熱電半導体端面に
施した拡散バリア層などの端面処理から接合層中に拡散
して供給される場合もある。
In the present invention, it is assumed that a bonding layer containing Ge as a main component is formed at least in the element-to-bonding portion on the high temperature end side. In order to increase the bonding strength with thermoelectric semiconductors and electrodes, to relieve thermal stress, to control the coefficient of thermal expansion, etc., one or more sub-components should be contained. You can In this case, as the accessory component, for example, B, Al, Ga, C, Si,
P, As, Sb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta,
Cr, Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, I
r and Ni are mentioned. In addition to being supplied as a brazing filler metal component, these sub-components may be supplied by being diffused into the bonding layer after end face treatment such as a diffusion barrier layer applied to the end face of the thermoelectric semiconductor before brazing.

【0027】本発明に係わる熱電変換装置においては、
請求項2に記載しているように、接合層の厚さは10〜
300μmであるものすることがより好ましい。この場
合、接合層の厚さは、熱電半導体の組成,ろう材の組
成,ろう付け温度,ろう付け時間,ろう材量などによっ
て調節して形成することができるが、接合層の厚さが1
0μm未満の場合は、焼結体である熱電半導体の焼結ポ
アや粒界部分などの端部表面の凹部と十分接合層がぬれ
なかったことに起因する空隙や、ろう材成分の一部と熱
電半導体が反応しすぎて、半導体層を侵食したことに起
因する空隙が顕著になる可能性がある。そのため、熱電
半導体と接合層界面での熱的電気的接触抵抗が増加した
り、接合強度が不十分となったりする傾向となる。一
方、300μm超過の場合は、昇降温時に熱応力に起因
するクラックが入る可能性があるため、接合部分の熱的
電気的抵抗が増加したり、接合強度が低下したりする傾
向となる。
In the thermoelectric conversion device according to the present invention,
As described in claim 2, the thickness of the bonding layer is 10 to 10.
More preferably, it is 300 μm. In this case, the thickness of the bonding layer can be formed by adjusting the composition of the thermoelectric semiconductor, the composition of the brazing material, the brazing temperature, the brazing time, the amount of the brazing material, etc.
When the thickness is less than 0 μm, the voids resulting from insufficient wetting of the bonding layer with the recesses on the end surface such as the sintered pores and grain boundary portions of the thermoelectric semiconductor that is a sintered body, and a part of the brazing filler metal component The thermoelectric semiconductor may react too much and the voids resulting from the corrosion of the semiconductor layer may become noticeable. Therefore, the thermal / electrical contact resistance at the interface between the thermoelectric semiconductor and the bonding layer tends to increase, and the bonding strength tends to be insufficient. On the other hand, if the thickness exceeds 300 μm, cracks due to thermal stress may occur at the time of temperature rising / falling, so that the thermal / electrical resistance of the joint portion tends to increase or the joint strength tends to decrease.

【0028】本発明に係わる熱電変換装置は、請求項3
に記載しているように、熱電半導体はシリコン−ゲルマ
ニウムを主成分とするものであるようにしたり、請求項
4に記載しているように、熱電半導体は鉄シリサイドを
主成分とするものであるようにしたりすることができ、
電極は、p型およびn型熱電半導体の間に設置された層
であり、電気伝導度が熱電半導体と同等であるかあるい
はそれ以上であるものとするのが好ましい。また、電極
材としては、例えば、Siを主成分とする合金、熱電半
導体より電気伝導度が高いシリコン−ゲルマニウムを主
成分とする合金、α相やε相の鉄シリサイドやMoSi
など金属ケイ化物を主成分とする合金などが使用でき
る。
The thermoelectric conversion device according to the present invention comprises:
The thermoelectric semiconductor contains silicon-germanium as a main component, or the thermoelectric semiconductor contains iron silicide as a main component. Or you can
The electrodes are layers placed between the p-type and n-type thermoelectric semiconductors and preferably have electrical conductivity equal to or higher than that of the thermoelectric semiconductors. As the electrode material, for example, an alloy containing Si as a main component, an alloy containing silicon-germanium as a main component, which has higher electrical conductivity than a thermoelectric semiconductor, an α-phase or ε-phase iron silicide, or MoSi.
An alloy containing a metal silicide as a main component such as 2 can be used.

【0029】また、電極を用いず、p型およびn型熱電
半導体を接合層を介して直接接合する構成をとることも
できる。そして、本発明による接合層は、高温端側の接
合部の形成に使用されるが、低温端側の接合部として使
用することももちろんできる。
It is also possible to adopt a structure in which the p-type and n-type thermoelectric semiconductors are directly bonded via the bonding layer without using electrodes. Further, the bonding layer according to the present invention is used for forming a bonding portion on the high temperature end side, but it can of course be used as a bonding portion on the low temperature end side.

【0030】本発明に係わる熱電変換装置の製造方法
は、請求項5に記載しているように、p型およびn型熱
電半導体同士あるいはp型およびn型熱電半導体を電極
を介して電気的に接合するに際し、少なくとも高温端側
の素子対接合部でGeを主成分とするろう材を用いてろ
う付けするようにしたから、接合層においては熱電半導
体として使用されるシリコン−ゲルマニウムや鉄シリサ
イドよりも熱伝導度を高いものにできることとなり、熱
電変換効率のより一層の向上がもたらされることとな
る。
In the method for manufacturing a thermoelectric conversion device according to the present invention, as described in claim 5, p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other or p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected via electrodes. At the time of joining, at least the element pair joining portion on the high temperature end side is brazed by using a brazing material containing Ge as a main component. Therefore, in the joining layer, silicon-germanium or iron silicide used as a thermoelectric semiconductor is used. Also, the thermal conductivity can be made high, and the thermoelectric conversion efficiency can be further improved.

【0031】そして、請求項6に記載しているように、
ろう材成分中にGeが90原子%以上含有されているろ
う材を用いてろう付けすることがより好ましい。この際
のろう付けは、熱電変換装置使用時の高温端温度よりも
高温で、かつ熱電半導体の焼結温度や融点よりも低温で
行わなければならない。そのため、最適なろう材中のG
e含有量は、熱電半導体や電極の組成にも依存するが、
90原子%以上であることが好ましい。そして、90原
子%未満の場合は、ろう材の液相点(温度)が上昇し、
ろう付け温度が上がるので、ろう付け時に熱電半導体の
焼結密度が変化したり、ドーパントが抜けて特性が劣化
したりする問題が生じる傾向となる。また、90原子%
未満の場合は、熱電半導体あるいは電極がろう材成分の
副成分の一部と反応するのが促進され過ぎることがある
ため、熱電半導体や電極が侵食され、接合面に空隙が形
成されて熱的電気的な接触抵抗が増加したり、接合強度
が低下したりするなどの不具合が生じる傾向となる。
Then, as described in claim 6,
It is more preferable to braze using a brazing material containing 90 atomic% or more of Ge in the brazing material component. Brazing at this time must be performed at a temperature higher than the high temperature end temperature when the thermoelectric conversion device is used and lower than the sintering temperature or melting point of the thermoelectric semiconductor. Therefore, G in the optimum brazing material
Although the e content depends on the composition of the thermoelectric semiconductor and the electrode,
It is preferably 90 atomic% or more. If it is less than 90 atomic%, the liquidus point (temperature) of the brazing material rises,
Since the brazing temperature rises, there is a tendency that the sintering density of the thermoelectric semiconductor will change during brazing, or the dopant will escape and the characteristics will deteriorate. 90 atom%
If it is less than the above, the reaction of the thermoelectric semiconductor or the electrode with a part of the auxiliary components of the brazing filler metal component may be excessively promoted, so that the thermoelectric semiconductor or the electrode is eroded and a void is formed in the joint surface to cause thermal damage. Problems such as an increase in electrical contact resistance and a decrease in bonding strength tend to occur.

【0032】ろう材としては、板状や箔状あるいはペー
スト状にしたものとして使用することができるが、本発
明で用いるろう材成分にはペースト状に調整した場合の
溶媒や有機バインダーは含まないものとする。また、G
e以外のろう材成分としては、形成された接合層の電気
伝導度を調整するためとか、ろう材と熱電半導体や電極
とのぬれ性を改善するためとか、形成された接合層の熱
膨張係数を調節するためとか、熱応力を緩和するためと
か、などの目的で、1つあるいは複数種の副成分を含有
させたものとすることもできる。そして、この副成分と
しては、例えば、B,Al,Ga,C,Si,P,A
s,Sb,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,
Mo,W,Mn,Fe,Ru,Co,Rh,Ir,Ni
などを挙げることができる。
The brazing material may be used in the form of a plate, foil or paste, but the brazing filler component used in the present invention does not include a solvent or an organic binder when it is adjusted to a paste. I shall. G
As the brazing material component other than e, for adjusting the electric conductivity of the formed bonding layer, for improving the wettability of the brazing material with the thermoelectric semiconductor or the electrode, or for the thermal expansion coefficient of the formed bonding layer. It is also possible to contain one or a plurality of types of subcomponents for the purpose of controlling the temperature, relaxing the thermal stress, and the like. And, as the sub-component, for example, B, Al, Ga, C, Si, P, A
s, Sb, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr,
Mo, W, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni
And the like.

【0033】ろう付け方法は、従来の方法に従って行な
うことができる。そして、例えば、締結治具や荷重を使
用して熱電半導体と電極の位置決めや保持を行い、真空
あるいは不活性ガス中において加熱してろう付け接合す
る。本発明の製造方法は、熱電半導体同士あるいは熱電
半導体と電極とを本発明のろう材によりろう付けするこ
とに特徴があり、ろう付け工程前後の製造工程に限定さ
れるものではない。例えば、ろう材と熱電半導体や電極
とのぬれ性を改善するためとか、接合強度を増加するた
めとか、ろう材成分の一部が熱電半導体層や電極層に拡
散し過ぎるのを防ぐためとかの目的で、ろう付け工程前
に、熱電半導体や電極の接合端面に予め活性金属層や拡
散バリア層などを形成する表面処理工程を挿入すること
もできる。また、熱電半導体を所望のサイズに切断する
工程を経た後、各電極とろう付けする製造工程だけでな
く、後に示す図4のように、厚みのあるp型およびn型
熱電半導体をろう付けした後、複数の熱電変換素子対に
分割するようになすこともできる。さらに、後に示す図
5のように、複数の熱電半導体素子対の側面間を絶縁性
の接着材あるいは断熱材を介して接合した構成の積層体
あるいは集合体を形成した後、電極をろう付け接合する
ようになすこともできる。
The brazing method can be performed according to a conventional method. Then, for example, a fastening jig or a load is used to position and hold the thermoelectric semiconductor and the electrode, and heating is performed in a vacuum or an inert gas to perform brazing and joining. The manufacturing method of the present invention is characterized by brazing thermoelectric semiconductors or thermoelectric semiconductors and electrodes with the brazing material of the present invention, and is not limited to the manufacturing steps before and after the brazing step. For example, in order to improve the wettability of the brazing filler metal with the thermoelectric semiconductor or the electrode, to increase the bonding strength, or to prevent a part of the brazing filler metal component from excessively diffusing into the thermoelectric semiconductor layer or the electrode layer. For the purpose, before the brazing step, a surface treatment step of previously forming an active metal layer, a diffusion barrier layer or the like on the joint end surface of the thermoelectric semiconductor or the electrode can be inserted. Further, after passing through a step of cutting the thermoelectric semiconductor into a desired size, not only the manufacturing step of brazing with each electrode but also thick p-type and n-type thermoelectric semiconductors are brazed as shown in FIG. After that, it may be divided into a plurality of thermoelectric conversion element pairs. Further, as shown in FIG. 5 to be described later, after forming a laminated body or an assembly in which side surfaces of a plurality of thermoelectric semiconductor element pairs are joined via an insulating adhesive material or a heat insulating material, electrodes are brazed and joined. You can also do it.

【0034】[0034]

【実施例】【Example】

(実施例1)図1は本発明に係わる熱電変換装置の実施
例1による構成を示すものであって、この図1に示す熱
電変換装置1は、p型熱電半導体2pとn型熱電半導体
2nとが交互に配列された複数の熱電変換素子対2をそ
なえ、この熱電変換素子対2の高温端側はGeを主成分
とする高温端接合層3を介して高温端電極4に接合され
ることによって、P型熱電半導体2pとn型熱電半導体
2nのそれぞれ高温端側が相互に電気的に接合され、高
温端電極4は高温端基板5により保持されていると共
に、熱電変換素子対2の低温端側は銀ペースト層6を介
して低温端電極7に接合されることによって、p型熱電
半導体2pとn型熱電半導体2nのそれぞれ低温端側が
相互に電気的に接合され、低温端電極7は低温端基板8
によって保持されている構造をなすものである。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a structure of a thermoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. The thermoelectric conversion device 1 shown in FIG. 1 includes a p-type thermoelectric semiconductor 2p and an n-type thermoelectric semiconductor 2n. And a plurality of thermoelectric conversion element pairs 2 arranged alternately. The high temperature end side of the thermoelectric conversion element pair 2 is bonded to the high temperature end electrode 4 via a high temperature end bonding layer 3 containing Ge as a main component. Thus, the high temperature end sides of the P-type thermoelectric semiconductor 2p and the n-type thermoelectric semiconductor 2n are electrically connected to each other, the high temperature end electrode 4 is held by the high temperature end substrate 5, and the low temperature of the thermoelectric conversion element pair 2 is low. By bonding the end side to the low temperature end electrode 7 via the silver paste layer 6, the low temperature end sides of the p-type thermoelectric semiconductor 2p and the n-type thermoelectric semiconductor 2n are electrically connected to each other, and the low temperature end electrode 7 is formed. Low temperature substrate 8
It is the structure that is held by.

【0035】このような構成の熱電変換装置1を製造す
るに際して、p型熱電半導体2pおよびn型熱電半導体
2nは、BあるいはPをそれぞれ0.1重量%含有する
SiGe粉末を、それぞれ1250℃の温度でかつ2
0MPaの圧力でホットプレス焼結し、120φ×10
mmの焼結体を形成した後、各焼結体から5×5×10
mmのp型およびn型熱電半導体2p,2nを切断する
ことにより得た。
In manufacturing the thermoelectric conversion device 1 having such a configuration, the p-type thermoelectric semiconductor 2p and the n-type thermoelectric semiconductor 2n are 1250 each of Si 2 Ge powder containing 0.1% by weight of B or P, respectively. At a temperature of ℃ and 2
Hot-press sintering at 0 MPa pressure, 120φ × 10
After forming a sintered body of mm, 5 × 5 × 10 from each sintered body
It was obtained by cutting the p-type and n-type thermoelectric semiconductors 2p and 2n of mm.

【0036】また、高温端電極4は、Pを3wt%含有
するSi粉末をホットプレス焼結し、この焼結体を縦横
5×11mm、厚さ1.5mmに切断したものとした。
そして、ろう材は、Ge:96原子%、P:3原子%、
Mo:1原子%の組成の原料粉を粉砕し、22μmメッ
シュのふるいを通過したものを、市販の金属ろう材用バ
インダーを加えて混練し、ペースト状にしたものとし
た。
Further, the high temperature end electrode 4 was obtained by hot pressing and sintering Si powder containing 3 wt% of P, and cutting this sintered body into length and width of 5 × 11 mm and thickness of 1.5 mm.
And the brazing filler metal is Ge: 96 at%, P: 3 at%,
Mo: A raw material powder having a composition of 1 atomic% was pulverized, passed through a 22 μm mesh sieve, and kneaded with a commercially available binder for metal brazing material to form a paste.

【0037】図1に示した熱電変換装置1の製造工程図
を図2に示す。
FIG. 2 shows a manufacturing process diagram of the thermoelectric conversion device 1 shown in FIG.

【0038】上記SiGe焼結体から作製したp型お
よびn型熱電半導体2p,2nと上記Si焼結体から作
製した高温端電極4をそれぞれHF水溶液で洗浄して酸
化膜を除去した後、図2(A)に示すように、マシナブ
ルセラミックス製であって熱電半導体2p,2nの位置
決め保持ができるようにした下部ろう付け接合用治具1
1の上に、上記のごとく切断したp型,n型熱電半導体
2p,2nを組立用スペーサ12を介してp,n交互に
5対並べ、この際、あらかじめ熱電半導体2p,2nの
高温側端部に前記ろう材ペーストを塗布し、高温端電極
材を貼付して、乾燥した。そして、20gの荷重を上部
ろう付け接合用治具13にのせて、真空焼成炉を用い、
圧力:10−5Torr、温度:1050℃、時間:1
0分の条件でろう付け焼成した。
After the p-type and n-type thermoelectric semiconductors 2p and 2n made of the Si 2 Ge sintered body and the high temperature end electrode 4 made of the Si sintered body are washed with an HF aqueous solution to remove the oxide film. As shown in FIG. 2 (A), a lower brazing / bonding jig 1 made of machinable ceramics and capable of positioning and holding the thermoelectric semiconductors 2p and 2n.
The p-type and n-type thermoelectric semiconductors 2p and 2n cut as described above are alternately arranged on the top of 1 through the assembling spacer 12 so that 5 pairs of p and n are arranged side by side. The above-mentioned brazing material paste was applied to the portion, the high temperature end electrode material was attached, and dried. Then, a load of 20 g is placed on the upper brazing and joining jig 13, and a vacuum firing furnace is used.
Pressure: 10 −5 Torr, Temperature: 1050 ° C., Time: 1
It was brazed and baked under the condition of 0 minutes.

【0039】次に、図2(B)に示すように銅製の低温
端電極7を熱電半導体2p,2nの反対側端面に汎用の
銀ペーストを用いて貼付し、乾燥した。そして、図2
(C)に示すように、両電極4,7の表面にAlN基板
5,8をアルミナ系セラミックスボンドによって貼付し
た。
Next, as shown in FIG. 2B, a low temperature end electrode 7 made of copper was attached to the end faces on the opposite side of the thermoelectric semiconductors 2p and 2n using a general-purpose silver paste and dried. And FIG.
As shown in (C), AlN substrates 5 and 8 were attached to the surfaces of both electrodes 4 and 7 by alumina-based ceramic bond.

【0040】次いで、低温端電極7に発電出力取りだし
用Pt線を銀ペースト付けし、高温端基板5をヒーター
と接触させ、低温端基板8を水冷ブロックにグリスで貼
付した。このようにして、この実施例1の熱電変換装置
1で発電電力を測定した出力結果を後に説明する比較例
1の出力結果と共に図3に示す。
Next, a Pt wire for extracting power generation output was attached to the low temperature end electrode 7 with silver paste, the high temperature end substrate 5 was brought into contact with a heater, and the low temperature end substrate 8 was attached to a water cooling block with grease. Thus, the output result of measuring the generated electric power by the thermoelectric conversion device 1 of this Example 1 is shown in FIG. 3 together with the output result of Comparative Example 1 described later.

【0041】図3に示すように、高温端と低温端の温度
差500℃以上、高温端の温度590℃に於ても、高温
端部の破壊はなく、異状を伴うことなしに発電出力を検
出することができた。
As shown in FIG. 3, even when the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end is 500 ° C. or more and the temperature at the high temperature end is 590 ° C., the high temperature end is not destroyed and the power generation output is generated without causing any abnormality. Could be detected.

【0042】(比較例1)実施例1と同様のSiGe
焼結体よりなる熱電半導体2p,2nとSi焼結体より
なる高温端電極4を使用し、高温端電極4を市販の銀ろ
う(72Ag−28Cu)でろう付けした以外は、実施
例1と同様の熱電変換装置1を作成した。そして、実施
例1と同様に発電出力を測定した結果は図3に示したと
おりであって、この比較例1では高温端と低温端の温度
差400℃、高温端の温度460℃で出力が低下し、断
線破壊した。この場合、破壊箇所は銀ろうによる接合部
分であって、SiGe熱電半導体2p,2nは銀ろう
成分中のCuと過剰反応して侵食され、また、反応物が
酸化揮発して接合部に空隙が広がっているのが観察され
た。
(Comparative Example 1) Si 2 Ge as in Example 1
Example 1 except that the thermoelectric semiconductors 2p and 2n made of a sintered body and the high temperature end electrode 4 made of a Si sintered body were used and the high temperature end electrode 4 was brazed with a commercially available silver solder (72Ag-28Cu). A similar thermoelectric conversion device 1 was created. Then, the result of measuring the power generation output in the same manner as in Example 1 is as shown in FIG. 3, and in Comparative Example 1, the output was 400 ° C. at the temperature difference between the high temperature end and the low temperature end and 460 ° C. at the high temperature end. It dropped and the wire was broken. In this case, the breaking point is a joint portion by silver brazing, the Si 2 Ge thermoelectric semiconductors 2p and 2n are excessively reacted with Cu in the silver brazing component and eroded, and the reaction product is oxidized and volatilized to the joint portion. It was observed that the voids were widening.

【0043】この比較例1および前記実施例1の結果よ
り、本発明による接合層を形成した構成とすることによ
って、高温端の耐熱性が向上することが確かめられた。
また、耐熱性の高い熱電発電装置を大掛かりな高圧・高
温装置を使用することなしに製造することができた。
From the results of Comparative Example 1 and Example 1, it was confirmed that the heat resistance at the high temperature end was improved by adopting the constitution in which the bonding layer according to the present invention was formed.
In addition, a thermoelectric generator with high heat resistance could be manufactured without using a large-scale high-pressure / high-temperature device.

【0044】(実施例2、比較例2)実施例1と同様の
SiGe焼結体よりなる熱電半導体2p,2nと厚さ
3mmのSi焼結体よりなる高温端電極4を使用し、G
eろうでろう付け接合して、p型およびn型熱電半導体
2p,2nが一対となった熱電変換素子対2を作成し
た。そして、ヒーター上に高温端電極4を接触させて6
00℃で加熱し、赤外線検出器を用いて側面から高温端
電極4の温度TおよびSiGe製熱電半導体2p,
2nの高温端の温度Tを測定した。ここで、1−T
/Tは接合部の接触熱抵抗を示す。そして、これが0
の場合は接触熱抵抗がないことを示す。
(Example 2, Comparative Example 2) The same thermoelectric semiconductors 2p and 2n made of Si 2 Ge sintered body as in Example 1 and the high temperature end electrode 4 made of Si sintered body having a thickness of 3 mm were used. G
A thermoelectric conversion element pair 2 having a pair of p-type and n-type thermoelectric semiconductors 2p and 2n was formed by brazing and joining with e solder. Then, contact the high temperature end electrode 4 on the heater 6
It is heated at 00 ° C., and the temperature T 0 of the high temperature end electrode 4 and the Si 2 Ge thermoelectric semiconductor 2p,
The temperature T 1 at the high temperature end of 2n was measured. Where 1-T 1
/ T 0 represents the contact thermal resistance of the joint. And this is 0
Indicates that there is no contact thermal resistance.

【0045】その後、切断研磨面試料を作製して、接合
部の光学顕微鏡観察を行なった。ここで、ろう付け接合
に使用したGeろう組成、塗布量、ろう付け条件と測温
結果を表1に示す。
After that, a cut and polished surface sample was prepared, and the joint portion was observed with an optical microscope. Table 1 shows the Ge brazing composition used for brazing, the coating amount, the brazing conditions and the temperature measurement results.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】表1に示すように、本発明の接合層の構成
とすることにより、高温での接触熱抵抗が小さく、接合
部に空隙やクラックが観察されない良好な熱電変換装置
を形成することができた。また、熱電半導体を変質させ
ない1200℃以下の温度範囲でろう付けすることによ
り形成することができた。
As shown in Table 1, by adopting the constitution of the bonding layer of the present invention, it is possible to form a good thermoelectric conversion device in which the contact thermal resistance at high temperature is small and voids and cracks are not observed in the bonding portion. did it. Moreover, the thermoelectric semiconductor could be formed by brazing in a temperature range of 1200 ° C. or lower that does not deteriorate the temperature.

【0048】それに対して本発明のろう材によらない試
料(比較例2−1,2−2)および本発明の接合層を有
する構成に形成できなかった試料(比較例2−3,2−
4)は、接合できなかったり、接触熱抵抗が大きかった
りし、クラックの発生や接合界面に空隙が観察された。
On the other hand, the samples which did not depend on the brazing material of the present invention (Comparative Examples 2-1 and 2-2) and the samples which could not be formed into the structure having the bonding layer of the present invention (Comparative Examples 2-3 and 2-).
In 4), joining could not be performed or contact thermal resistance was large, cracks were generated and voids were observed at the joining interface.

【0049】(実施例3、比較例3)CoSiあるい
はMn11Si19をそれぞれ6原子%含有したFeS
原料粉末をホットプレス焼結してα−FeSi
結体を作成した。その後、Ar中、850℃,100時
間のアニール処理を施して、p型およびn型β−FeS
熱電半導体をそれぞれ作成し、5×5×10mmに
切断した。一方、高温端電極は、α−FeSi焼結体
を使用し、縦横5×11mm、厚さ2mmに切断したも
のとした。また、ろう材としては、表2に示す組成の原
料粉末を22μmメッシュ以下に粉砕し、市販の金属ろ
う材用バインダーを加えて混練し、ペースト状にしたも
のを用いた。
(Example 3 and Comparative Example 3) FeS containing 6 atomic% of CoSi 2 or Mn 11 Si 19 , respectively.
The i 2 raw material powder was hot-press sintered to prepare an α-FeSi 2 sintered body. Then, annealing is performed in Ar at 850 ° C. for 100 hours to obtain p-type and n-type β-FeS.
Each i 2 thermoelectric semiconductor was prepared and cut into 5 × 5 × 10 mm. On the other hand, for the high temperature end electrode, an α-FeSi 2 sintered body was used, and it was cut into a size of 5 × 11 mm in length and width and 2 mm in thickness. As the brazing filler metal, a raw material powder having the composition shown in Table 2 was pulverized to a mesh of 22 μm or less, and a commercially available binder for metal brazing filler metal was added and kneaded to form a paste.

【0050】そして、上記高温端電極とp型およびn型
熱電半導体を真空中,1100℃,10minの条件で
ろう付けして熱電変換素子対を形成した。また、p型,
n型熱電半導体の低温端の端部はNiメッキし、銅製の
低温端電極をはんだ付けした。そして、両電極の表面に
アルミナ基板をアルミナ系セラミックスボンドで貼付し
て、実施例3および比較例3の熱電発電装置とした。
Then, the high temperature end electrode and the p-type and n-type thermoelectric semiconductors were brazed in vacuum at 1100 ° C. for 10 minutes to form a thermoelectric conversion element pair. Also, p-type,
The end of the low temperature end of the n-type thermoelectric semiconductor was plated with Ni, and a low temperature end electrode made of copper was soldered. Then, an alumina substrate was attached to the surfaces of both electrodes with an alumina-based ceramics bond to obtain thermoelectric generators of Example 3 and Comparative Example 3.

【0051】次いで、実施例1と同様に、高温端基板と
低温端基板にそれぞれヒーターと水冷ブロックを接触さ
せ、高温端と低温端の温度差550℃での発電出力を測
定した。ここで、ろう付け温度はα−β相変化点より高
温であるが、ろう付け時間が短いため、発電出力の低下
は認められなかった。その後、高温端接合部の切断研磨
面を光学顕微鏡で観察した。これらの結果を表2に示
す。
Then, in the same manner as in Example 1, a heater and a water cooling block were respectively brought into contact with the high temperature end substrate and the low temperature end substrate, and the power generation output was measured at a temperature difference of 550 ° C. between the high temperature end and the low temperature end. Here, the brazing temperature is higher than the α-β phase change point, but since the brazing time is short, no decrease in power generation output was observed. Then, the cut and polished surface of the high temperature end joint was observed with an optical microscope. Table 2 shows the results.

【0052】[0052]

【表2】 [Table 2]

【0053】表2に示すように、本発明のろう付け方法
により、550℃の温度差においても、高温端接合部が
剥離しない耐熱性の優れた熱電変換装置を作成すること
ができた。一方、比較例のろう材を使用した場合は、接
合しないか、ろう材とFeSi界面に空隙が多く形成
されるため、電気抵抗が大きくなり、出力が低下したも
のとなった。
As shown in Table 2, by the brazing method of the present invention, it was possible to prepare a thermoelectric conversion device having excellent heat resistance in which the high temperature end joint portion did not peel off even at a temperature difference of 550 ° C. On the other hand, when the brazing material of the comparative example was used, it was not joined or many voids were formed at the interface between the brazing material and FeSi 2 , so that the electrical resistance increased and the output decreased.

【0054】(実施例4)実施例4における熱電変換装
置の製造工程を図4に示す。
(Embodiment 4) The manufacturing process of the thermoelectric conversion device in Embodiment 4 is shown in FIG.

【0055】この実施例においては、p型SiGe熱
電半導体2pとして、B:0.5原子%、GaP:5原
子%を含有するSiGe焼結体を用い、n型Si
e熱電半導体2nとして、P:0.5原子%、GaP:
5原子%を含有するSiGe焼結体を用いることとし
て、これらの焼結体をホットプレス焼結により形成し
た。そして、それぞれの焼結体から4×50×10mm
を切断し、HF水溶液で酸化被膜を除去する洗浄を行っ
た。そして、95Ge−3Al−2Ti組成比(原子
%)のペースト状ろう材で両焼結体を接合して、図4
(A)に示すように、接合層厚200μmの高温端接合
層3でp型,n型熱電半導体2p,2nを接合した熱電
変換素子対2を形成した。
In this example, as the p-type Si 2 Ge thermoelectric semiconductor 2p, a Si 4 Ge sintered body containing B: 0.5 atomic% and GaP: 5 atomic% was used, and n-type Si 2 G was used.
e As the thermoelectric semiconductor 2n, P: 0.5 atomic%, GaP:
These sintered bodies were formed by hot press sintering, using the Si 4 Ge sintered bodies containing 5 atomic%. And 4 x 50 x 10 mm from each sintered body
Was cut and washed with an HF aqueous solution to remove the oxide film. Then, the two sintered bodies were joined together with a paste-like brazing material having a composition ratio of 95Ge-3Al-2Ti (atomic%), as shown in FIG.
As shown in (A), the thermoelectric conversion element pair 2 in which the p-type and n-type thermoelectric semiconductors 2p and 2n were joined by the high-temperature end joining layer 3 having a joining layer thickness of 200 μm was formed.

【0056】次に、図4(B)に示すように、高さ
(h)3mmの高温端接合層3を残して接合層部分にロ
ースピードソーを用いて切断溝15を形成したのち、図
4(C)に示すようにこれを5等分して熱電変換素子対
2を5対形成し、さらに図4(D)に示すようにp型熱
電半導体2pとn型熱電半導体2nとが交互の向きとな
るように並び換え、図4(E)に示すように、銀ペース
トで低温端電極7を貼付し、両端にAlN製高,低温端
基板5,8をジルコニア−シリカ系セラミックスボンド
で貼付して乾燥して熱電変換装置1とした。
Next, as shown in FIG. 4B, a cutting groove 15 is formed in the joining layer portion using a low speed saw, leaving the high temperature end joining layer 3 having a height (h) of 3 mm, and As shown in FIG. 4 (C), the thermoelectric conversion element pair 2 is divided into five equal parts to form five pairs, and as shown in FIG. 4 (D), the p-type thermoelectric semiconductor 2p and the n-type thermoelectric semiconductor 2n are alternately arranged. 4E, the low temperature end electrodes 7 are attached with a silver paste, and the AlN high and low temperature end substrates 5 and 8 are bonded to both ends with zirconia-silica ceramics bond as shown in FIG. 4 (E). It was attached and dried to obtain a thermoelectric conversion device 1.

【0057】この熱電変換装置1において、発電出力取
りだし用Pt線は、低温端電極7にハンダ付けした。そ
して、作成した熱電変換装置1の両端に水冷用冷却ブロ
ックと加熱用ヒーターをそれぞれ接触させ、発電出力の
テストを行なったところ、温度差:600℃、高温端:
680℃で1.5Wの発電が得られた。また、50時間
後の発電出力の低下は認められなかった。
In this thermoelectric converter 1, the Pt wire for taking out the power generation output was soldered to the low temperature end electrode 7. Then, when a cooling block for water cooling and a heater for heating were respectively brought into contact with both ends of the prepared thermoelectric conversion device 1 and a power generation output was tested, a temperature difference: 600 ° C., a high temperature end:
A power generation of 1.5 W was obtained at 680 ° C. Further, no decrease in the power generation output after 50 hours was observed.

【0058】このように、本発明のろう材を使用し、本
発明の熱電変換素子を形成することにより、高温端の耐
熱性に優れた熱電変換装置を作成することができた。ま
た、熱電変換素子対の1つづつを成形し、ホットプレス
焼結することなく、一度のろう付け処理で複数の熱電変
換素子対を形成する工程で簡便に熱電変換装置を製造す
ることができた。
As described above, by using the brazing material of the present invention to form the thermoelectric conversion element of the present invention, a thermoelectric conversion device having excellent heat resistance at the high temperature end could be produced. In addition, a thermoelectric conversion device can be simply manufactured in a process of forming a plurality of thermoelectric conversion element pairs by one brazing process without molding each one of the thermoelectric conversion element pairs and performing hot press sintering. It was

【0059】(実施例5)実施例5における熱電変換装
置の製造工程を図5に示す。
(Embodiment 5) The manufacturing process of the thermoelectric conversion device in Embodiment 5 is shown in FIG.

【0060】この実施例においては、実施例4と同様の
p型熱電半導体2pとn型熱電半導体2nを並べ、図5
(A)に示すように、マシナブル絶縁性セラミックス1
7で全体的にややわん曲した形状に固めて、熱電半導体
の集合体を作成した。そして、集合体の一方の端面にパ
ターニングマスクを行い、図5(B)に示すように、表
面処理層18としてNi−Cr層を熱電半導体2p,2
nの他方の端面のみにスパッタ法で0.5μm厚さで形
成した。
In this embodiment, a p-type thermoelectric semiconductor 2p and an n-type thermoelectric semiconductor 2n, which are the same as those in the fourth embodiment, are arranged side by side in FIG.
As shown in (A), the machinable insulating ceramics 1
A thermoelectric semiconductor assembly was prepared by solidifying in 7 a slightly curved shape as a whole. Then, a patterning mask is applied to one end face of the aggregate, and as shown in FIG. 5B, a Ni—Cr layer is formed as the surface treatment layer 18 in the thermoelectric semiconductors 2p and 2p.
It was formed by sputtering to a thickness of 0.5 μm only on the other end face of n.

【0061】次に、図5(C)に示すように、縦横5×
11mm、厚さ1mmに切断したα−FeSi焼結体
である高温端電極4を、98原子%Ge−2原子%Ga
組成のろう材で1050℃,10minの条件によりろ
う付けし、Geを主体とする高温端接合層3を介して両
熱電半導体2p,2nを電気的に接合した。次いで、図
5(D)に示すように、円筒系アルミナ管から切り出し
た円弧形状をなす低温端基板8にアルミナ系セラミック
スボンドでCu製低温端電極7を貼付した。そして、こ
の低温端電極7を銀ペースト層6を介して熱電半導体集
合体の一方の端面に貼付して熱電変換装置1とした。
Next, as shown in FIG.
The high temperature end electrode 4, which is an α-FeSi 2 sintered body cut into 11 mm and a thickness of 1 mm, is 98 atomic% Ge-2 atomic% Ga.
The brazing material having the composition was brazed under the condition of 1050 ° C. for 10 min, and the thermoelectric semiconductors 2p and 2n were electrically bonded via the high temperature end bonding layer 3 mainly composed of Ge. Next, as shown in FIG. 5D, a Cu low-temperature end electrode 7 was attached to the arc-shaped low-temperature end substrate 8 cut out from the cylindrical alumina tube by an alumina-based ceramic bond. Then, the low temperature end electrode 7 was attached to one end surface of the thermoelectric semiconductor assembly through the silver paste layer 6 to obtain the thermoelectric conversion device 1.

【0062】次に、この熱電変換装置1の外側に水冷用
冷却ブロックを接触させると共に内側にガラスウールを
介して円筒形ヒーターを接触させて熱電変換装置1の出
力テストを行なった。この結果、熱電変換装置1の両端
の温度差が400℃の時に0.5Wの出力を得た。そし
て、高温端接合部の切断研磨面を光学顕微鏡で観察した
ところ、熱電半導体と電極との間の接合層は80μmで
あった。また、X線マイクロアナライダーによって接合
部分の組成分析を行なった結果、主成分はGeで、その
他Si,Ga,Ni,Crが検出された。
Next, an output test of the thermoelectric converter 1 was conducted by bringing a cooling block for water cooling into contact with the outside of the thermoelectric converter 1 and a cylindrical heater inside with the glass wool. As a result, an output of 0.5 W was obtained when the temperature difference between both ends of the thermoelectric converter 1 was 400 ° C. Then, when the cut and polished surface of the high temperature end bonding portion was observed with an optical microscope, the bonding layer between the thermoelectric semiconductor and the electrode was 80 μm. Further, as a result of composition analysis of the joint portion by an X-ray microanalyzer, the main component was Ge and other Si, Ga, Ni, Cr were detected.

【0063】このように、本発明の製造方法によって熱
電変換装置を製造することにより、加圧・加熱装置を使
用した製造方法では設計が困難である形状の熱電発電装
置を簡便に製造することができた。また、高温端接合部
の耐熱性が高い熱電発電装置を製造することができた。
As described above, by manufacturing the thermoelectric conversion device by the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily manufacture the thermoelectric power generating device having a shape which is difficult to design by the manufacturing method using the pressurizing / heating device. did it. In addition, it was possible to manufacture a thermoelectric generator having high heat resistance at the high temperature end joint.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明に係わる熱電変換装置によれば、
請求項1に記載しているように、p型およびn型熱電半
導体同士あるいはp型およびn型熱電半導体が電極を介
して電気的に接合された熱電変換素子対をそなえた熱電
変換装置において、少なくとも高温端側の素子対接合部
にGeを主成分とする接合層が形成されている構成とし
たから、高温端側の接合部で剥離や破壊などを生じがた
いものとすることが可能であり、500〜600℃程度
の高温で使用できる熱電変換装置を提供することができ
ると共に、使用時の高温下にあっても熱電変換素子対の
接合部での熱抵抗あるいは電気抵抗を少ないものとする
ことが可能であって、発電出力の損失が少ない熱電変換
装置を提供することが可能であるという著しく優れた効
果がもたらされる。
According to the thermoelectric conversion device of the present invention,
As described in claim 1, a thermoelectric conversion device comprising a thermoelectric conversion element pair in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other or p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically joined via electrodes, Since the bonding layer containing Ge as a main component is formed at least at the element-to-bonding portion on the high temperature end side, it is possible to prevent peeling or breakage from occurring at the bonding portion on the high temperature end side. In addition, it is possible to provide a thermoelectric conversion device that can be used at a high temperature of about 500 to 600 ° C., and to reduce the thermal resistance or the electrical resistance at the joint portion of the thermoelectric conversion element pair even under the high temperature during use. It is possible to provide a thermoelectric conversion device with a low power generation output loss, which is a significant advantage.

【0065】そして、請求項2に記載しているように、
接合層の厚みが10〜300μmであるものすることに
よって、熱電半導体と接合界面での熱的電気的抵抗を小
さいものにすることが可能であると共に、昇降温時にク
ラックが入りがたいものとすることが可能であるという
優れた効果がもたらされ、請求項3に記載しているよう
に、熱電半導体の主成分がシリコン−ゲルマニウムであ
るものとしたり、請求項4に記載しているように、熱電
半導体の主成分が鉄シリサイドであるものとしたりする
ことによって、300℃以上での発電効率が高いシリコ
ン−ゲルマニウムや鉄シリサイドを使用することが可能
であるという著しく優れた効果がもたらされる。
Then, as described in claim 2,
When the thickness of the bonding layer is 10 to 300 μm, it is possible to reduce the thermal electrical resistance at the thermoelectric semiconductor and the bonding interface, and it is also difficult for cracks to occur when the temperature is raised or lowered. As described in claim 3, the main component of the thermoelectric semiconductor is silicon-germanium, or as described in claim 4, By using iron silicide as the main component of the thermoelectric semiconductor, it is possible to use silicon-germanium or iron silicide having a high power generation efficiency at 300 ° C. or higher, which is a remarkably excellent effect.

【0066】さらに、本発明に係わる熱電変換装置の製
造方法によれば、請求項5に記載しているように、p型
およびn型熱電半導体同士あるいはp型およびn型熱電
半導体を電極を介して電気的に接合するに際し、少なく
とも高温端側の素子対接合部でGeを主成分とするろう
材を用いてろう付けするようにしたから、大掛かりな加
圧・加熱手段を必要とせず、安価で簡便な焼成炉で接合
することができることから、熱電変換装置の製造を低コ
ストで行うことが可能であり、加圧・加熱装置を使用し
ないため、接合用の治具の大きさや形状に制限がなく、
熱電変換装置を熱源の特性や形状に合わせて設計する自
由度が広くなるという著しく優れた効果がもたらされ、
さらに、本発明の上記製造方法によれば、熱電半導体の
焼結温度や融点よりも低い温度で短時間の加熱により接
合することができるので、半導体の熱電特性を損なうこ
となく熱電変換装置を製造することが可能であり、さら
にまた、複数の熱電変換素子対を同時に接合することも
できるので、車載用やその他の排熱利用発電装置などの
汎用性の高い熱電発電装置に適用できる熱電変換素子対
を大量生産することも可能であるという著しく優れた効
果がもたらされる。
Further, according to the method of manufacturing a thermoelectric conversion device of the present invention, as described in claim 5, the p-type and n-type thermoelectric semiconductors are interleaved or the p-type and n-type thermoelectric semiconductors are interposed via electrodes. At the time of electrical joining by means of brazing using a brazing material containing Ge as the main component, at least at the element pair joining portion on the high temperature end side, large pressure / heating means are not required, and it is inexpensive. The thermoelectric converter can be manufactured at low cost because it can be joined in a simple firing furnace at a low temperature.Because no pressurizing / heating equipment is used, the size and shape of the jig for joining is limited. Without
This has the remarkable effect of increasing the degree of freedom in designing thermoelectric converters according to the characteristics and shape of the heat source.
Furthermore, according to the above-mentioned manufacturing method of the present invention, since it is possible to bond by heating for a short time at a temperature lower than the sintering temperature or melting point of the thermoelectric semiconductor, a thermoelectric conversion device is manufactured without impairing the thermoelectric characteristics of the semiconductor. Furthermore, since a plurality of thermoelectric conversion element pairs can be joined at the same time, the thermoelectric conversion element can be applied to a highly versatile thermoelectric generation device such as a vehicle-mounted or other exhaust heat utilization power generation device. The remarkable advantage is that mass production of pairs is also possible.

【0067】そして、請求項6に記載しているように、
ろう材成分中にGeが90原子%以上含有されているろ
う材を用いてろう付けするようになすことによって、熱
電半導体の焼結温度や融点よりも確実に低い温度でろう
付けすることが可能であるという著しく優れた効果がも
たらされる。
Then, as described in claim 6,
By brazing using a brazing material containing 90 atomic% or more of Ge in the brazing material component, it is possible to braze at a temperature certainly lower than the sintering temperature or melting point of the thermoelectric semiconductor. The remarkably excellent effect of

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

【図1】本発明の実施例1による熱電変換装置の基本構
成を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a basic configuration of a thermoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した熱電変換装置の製造工程を(A)
(B)(C)に分けて順次示す説明図である。
FIG. 2 shows a manufacturing process of the thermoelectric conversion device shown in FIG.
It is explanatory drawing which divides into (B) and (C) and shows one by one.

【図3】実施例1および比較例1による熱電変換装置の
出力テストの結果を示したグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a result of an output test of thermoelectric conversion devices according to Example 1 and Comparative Example 1.

【図4】本発明の実施例4による熱電変換装置の製造工
程を(A)(B)(C)(D)(E)に分けて順次示す
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing the manufacturing steps of a thermoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention, which are sequentially divided into (A), (B), (C), (D), and (E).

【図5】本発明の実施例5による熱電変換装置の製造工
程を(A)(B)(C)(D)に分けて示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of a thermoelectric conversion device according to a fifth embodiment of the present invention, which is divided into (A), (B), (C), and (D).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱電変換装置 2 熱電変換素子対 2n n型熱電半導体 2p p型熱電半導体 3 高温端接合層 4 高温端電極 5 高温端基板 6 銀ペースト層 7 低温端電極 8 低温端基板 1 thermoelectric conversion device 2 thermoelectric conversion element pair 2n n-type thermoelectric semiconductor 2p p-type thermoelectric semiconductor 3 high temperature end bonding layer 4 high temperature end electrode 5 high temperature end substrate 6 silver paste layer 7 low temperature end electrode 8 low temperature end substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三 好 実 人 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 櫛 引 圭 子 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 (72)発明者 篠 原 和 彦 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 (72)発明者 小 林 正 和 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 (72)発明者 古 谷 健 司 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Miyoshi Mito 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Insulator Himoto Incorporated (72) Inventor Keiko Kushibiki Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa No. 2 Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Shinohara No. 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Nissan Motor Co., Ltd. (72) Masakazu Kobayashi No. 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Nissan Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Furuya 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型およびn型熱電半導体同士あるいは
p型およびn型熱電半導体が電極を介して電気的に接合
された熱電変換素子対をそなえた熱電変換装置におい
て、少なくとも高温端側の素子対接合部にGeを主成分
とする接合層が形成されていることを特徴とする熱電変
換装置。
1. A thermoelectric conversion device comprising a thermoelectric conversion element pair in which p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected to each other or p-type and n-type thermoelectric semiconductors are electrically connected via electrodes, at least an element at a high temperature end side. A thermoelectric conversion device, wherein a bonding layer containing Ge as a main component is formed at the paired bonding portion.
【請求項2】 接合層の厚みが10〜300μmである
ことを特徴とする請求項1に記載の熱電変換装置。
2. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the bonding layer has a thickness of 10 to 300 μm.
【請求項3】 熱電半導体の主成分がシリコン−ゲルマ
ニウムであることを特徴とする請求項1または2に記載
の熱電変換装置。
3. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the main component of the thermoelectric semiconductor is silicon-germanium.
【請求項4】 熱電半導体の主成分が鉄シリサイドであ
ることを特徴とする請求項1または2に記載の熱電変換
装置。
4. The thermoelectric conversion device according to claim 1, wherein the main component of the thermoelectric semiconductor is iron silicide.
【請求項5】 p型およびn型熱電半導体同士あるいは
p型およびn型熱電半導体を電極を介して電気的に接合
するに際し、少なくとも高温端側の素子対接合部でGe
を主成分とするろう材を用いてろう付けすることを特徴
とする熱電変換装置の製造方法。
5. When electrically connecting p-type and n-type thermoelectric semiconductors or p-type and n-type thermoelectric semiconductors via electrodes, Ge is formed at least at the element-to-joint portion on the high temperature end side.
A method for manufacturing a thermoelectric conversion device, which comprises brazing using a brazing material containing as a main component.
【請求項6】 ろう材成分中にGeが90原子%以上含
有されているろう材を用いてろう付けすることを特徴と
する請求項5に記載の熱電変換装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a thermoelectric conversion device according to claim 5, wherein brazing is performed using a brazing material containing 90 atomic% or more of Ge in the brazing material component.
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