TW202209715A - 發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法 - Google Patents

發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

[課題]提供一種可以圖求提升輸出電壓之發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法。 [解決手段]具備層疊在第1方向之複數個層疊體(1)；複數個前述層疊體(1)包含：第1電極部(10)，其係包含有基板(11)，該基板具有第1主面(11a)、和與該第1主面(11a)對置在前述第1方向之第2主面(11b)，並且具有導電性；第2電極(22)，其係設置成與前述第1主面(11a)相接，具有與前述基板(11)相異的工作函數；以及中間部(14)，其係設在前述第2主面(11b)側，包含有奈米粒子。

Description

發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法
該發明有關把熱能變換成電能之發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法。
最近幾年，盛行使用熱能來產生電能之發電元件的開發。特別是，有關使用了電極所具有的工作函數的差值之電能的產生，提案有例如專利文獻1揭示的熱電元件等。這樣的熱電元件，係與使用給到電極的溫度差來產生電能的構成相比，可以期待各式各樣的用途的使用。
在專利文獻1，揭示出一種把熱能變換成電能的熱電元件，具備具有第1層疊部、與層疊在第1層疊部之上的第2層疊部之層疊體；第1層疊部及第2層疊部係分別具有：具有與層疊體的層疊方向相交的主面之基材；設在基材內的配線；沿層疊方向設置成與配線相遠離之第1電極層；在基材內與配線相接，設在第1電極層與配線之間，與第1電極層相異之具有工作函數之第2電極層；以及設在基材內，設置成連接在第1電極層與第2電極層之間，包含有奈米粒子之中間部；第1層疊部所具有的第1電極層係連接到第2層疊部所具有的配線；奈米粒子具有：第1電極層的工作函數、以及第2電極層的工作函數之間的工作函數。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第6411612號專利公報
[發明欲解決之課題]
在此，使用發電元件作為發電裝置的情況下，為了提高得到的電流或電壓，被要求要有層疊了電極部分之構成。這一點，在專利文獻1所揭示的熱電元件中，揭示出設在基材內，與第2電極層相接的配線。為此，舉例出電極與配線間的接觸電阻導致元件整體的電阻增加，會擔心妨礙到輸出電壓提升。
在此，本發明係有鑑於上述的問題點而創作，其目的在於，提供一種可以圖求輸出電壓的提升之發電元件、發電裝置、電子機器及發電元件的製造方法。 [解決課題之手段]
有關第1發明的發電元件，乃是把熱能變換成電能之發電元件，其中，具備層疊在第1方向之複數個層疊體；複數個前述層疊體包含：第1電極部，其係包含有基板，該基板具有第1主面、和與該第1主面對置在前述第1方向之第2主面，並且具有導電性；第2電極，其係設置成與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數；以及中間部，其係設在前述第2主面側，包含有奈米粒子。
有關第2發明的發電元件，係在第1發明中，前述基板的比阻抗值為1×10-6 Ω・cm以上1×106 Ω・cm以下。
有關第3發明的發電元件，係在第1發明中，前述基板的比阻抗值比前述中間部的比阻抗值還小。
有關第4發明的發電元件，係在第1發明中，前述第1電極部包含有支撐部，該支撐部包圍前述中間部並支撐其他的前述層疊體；前述基板的比阻抗值係比前述支撐部的比阻抗值還小。
有關第5發明的發電元件，係在第1發明中，前述第1電極部包含有支撐部，該支撐部包圍前述中間部並支撐其他的前述層疊體；前述中間部的比阻抗值係比前述支撐部的比阻抗值還小。
有關第6發明的發電元件，係在第1發明中，前述基板的厚度為0.03mm以上，比1.0mm還小。
有關第7發明的發電元件，係在第1發明中，前述基板的厚度為前述層疊體的窄短方向中的外形尺寸的1/10以下。
有關第8發明的發電元件，係在第1發明中，前述第1電極部包含有第1電極，該第1電極設在前述基板與前述中間部之間，與前述第2主面相接。
有關第9發明的發電元件，係在第4發明中，前述支撐部乃是氧化了前述基板的一部分而製成者。
有關第10發明的發電元件，係在第1發明中，前述基板為半導體，具有：設在前述第1主面及前述第2主面中至少任意一處之縮退部、以及非縮退部。
有關第11發明的發電元件，是一種把熱能變換成電能之發電元件，其中，具備層疊在第1方向之層疊體以及連接層；前述層疊體包含：第1電極部，其係包含有基板，該基板具有第1主面、和與該第1主面對置在前述第1方向之第2主面，並且具有導電性；第2電極，其係設置成與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數；以及中間部，其係設在前述第2主面側，包含有奈米粒子；前述連接層包含有前述基板。
有關第12發明的發電裝置，係具備第1發明中的發電元件。
有關第13發明的電子機器，具備：第1發明中的發電元件、以及可以驅動前述發電元件並將其用在電源之電子零件。
有關第14發明的發電元件的製造方法，乃是一種把熱能變換成電能之發電元件的製造方法，其中，具有以下工序：第1電極部形成工序，其係形成第1電極部，該第1電極部包含有基板，該基板具有第1主面以及與該第1主面對置在第1方向之第2主面，並且具有導電性；第2電極形成工序，其係形成第2電極，該第2電極與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數；層疊工序，其係依序層疊兩個以上的前述第2電極與前述第1電極部；以及中間部形成工序，其係把包含有奈米粒子的中間部，形成在前述第2電極與前述第2主面之間。 [發明效果]
根據第1發明~第11發明，層疊體包含有：包含具有導電性的基板之第1電極部、第2電極、以及中間部。為此，在複數個層疊體的間，配線變成非必要，可以抑制元件整體的電阻的增加。經此，可以圖求輸出電壓的提升。
特別是根據第2發明，基板的比阻抗值為1×10-6 Ω・cm以上1×106 Ω・cm以下。為此，可以抑制隨層疊體的層疊數增加而增加的電阻。經此，可以圖求更提升發電元件的發電效率。
特別是根據第3發明，基板的比阻抗值比中間部的比阻抗值還小。為此，可以抑制隨層疊之起因於基板的電阻增大。經此，可以圖求更提升發電效率。
特別是根據第4發明，基板的比阻抗值比支撐部的比阻抗值還小。為此，可以防止對支撐部的導通。經此，可以圖求更提升發電效率。
特別是根據第5發明，中間部的比阻抗值比支撐部的比阻抗值還小。為此，可以防止對支撐部的導通。經此，可以圖求更提升發電效率。
特別是根據第6發明，基板的厚度為0.03mm以上1.0mm以下。為此，可以縮小基板的尺寸。經此，可以縮小發電元件整體的尺寸。
特別是根據第7發明，基板的厚度為層疊體的窄短方向中的外形尺寸的1/10以下。為此，即便層疊多個基板也可以抑制發電元件整體的厚度。經此，可以防止發電元件的翻倒，可以防止隨翻倒導致發電元件的劣化。
特別是根據第8發明，第1電極部包含有第1電極，該第1電極設在基板與中間部之間，與第2主面相接。為此，以控制第1電極的厚度的方式，可以高精度設定電極間間隙的大小。經此，可以圖求發電效率的安定化。
特別是根據第9發明，支撐部乃是氧化了基板的一部分而製成者。為此，與重新形成支撐部的情況相比，可以高精度控制支撐部的高度，可以高精度設定電極間間隙的大小。經此，可以圖求發電效率的安定化。
特別是根據第10發明，基板為半導體，具有：設在第1主面及第2主面中至少任意一處之縮退部、以及非縮退部。為此，與不具有縮退部的構成相比，可以減低與第2電極等之其他的構成的接觸電阻。經此，可以抑制元件整體的電阻的增加。
根據第12發明，可以簡單化對熱電元件的電性的配線的連接、或是熱電元件的檢查。為此，可以提供具備了熱電元件之發電裝置，該熱電元件具有容易形成的中間部。
根據第13發明，可以簡單化對熱電元件的電性的配線的連接、或是熱電元件的檢查。為此，可以得到包含有熱電元件之電子機器。
根據第14發明，發電元件係經由第1發明至第9發明的發電元件的製造方法來製造。為此，在複數個層疊體的間，配線變成非必要，可以抑制元件整體的電阻的增加。經此，可以圖求輸出電壓的提升。
以下，有關作為本發明的實施方式的發電元件、及發電元件的製造方法之各自的其中一例，參閱圖面進行說明。尚且，各圖中，把層疊有各電極部之高度方向作為第1方向Z，把與第1方向Z交叉，例如正交的1個平面方向作為第2方向X，把分別與第1方向Z及第2方向X交叉，例如正交的另一個平面方向作為第3方向Y。而且，各圖中的構成係為了說明而示意性記載，例如就有關各個構成的大小或是構成之每一個中的大小的對比等，與圖面相異也無妨。
[第1實施方式] 圖1為表示第1實施方式中的發電元件100、發電裝置200的其中一例之示意圖。如圖1表示，發電元件100具備層疊在第1方向之複數個層疊體1。構成發電元件100之層疊體1的個數係考慮到必要的電力可以適宜增減，並沒有特別限定。
＜發電裝置200＞ 圖1(a)為表示與第1實施方式有關之具備了發電元件100之發電裝置200的其中一例之示意剖視圖。
如圖1(a)表示，發電裝置200包含：發電元件100、第1配線101、以及第2配線102。發電元件100係把熱能變換成電能。具備這樣的發電元件100之發電裝置200例如被搭載或是設置在未圖示的熱源，基於熱源的熱能，把發電元件100產生出電能，透過第1配線101及第2配線102輸出到負載R。負載R的其中一端係與第1配線101電性連接，另一端係與第2配線102電性連接。負載R例如表示有電性的機器。把發電裝置200用在主電源或是輔助電源來驅動負載R。
作為發電元件100的熱源，例如可以使用CPU (Central Processing Unit)等的電子裝置或是電子零件、LED(Light Emitting Diode)等的發光元件、汽車等的引擎，工廠的生產設備、人體、太陽光、及環境溫度等。例如，電子裝置、電子零件、發光元件、引擎、及生產設備等的人工熱源。人體、太陽光、及環境溫度等的自然熱源。具備了發電元件100之發電裝置200可以設在例如IoT (Internet of Things)裝置及穿戴式機器等的行動式機器或獨立型感測器終端的內部，可以使用作為電池的代替或是輔助。而且，發電裝置200也可以應用到如太陽光發電等般，更大型的發電裝置。
＜發電元件100＞ 發電元件100係把例如上述人工熱源發出的熱能、或是上述自然熱源所具有的熱能變換成電能，產生電流。發電元件100係不僅是可以設在發電裝置200內，也可以把發電元件100本身，設在上述行動式機器或上述獨立型感測器終端等的內部。該情況下，發電元件100本身成為上述行動式機器或是上述獨立型感測器終端等之電池的代替零件或是輔助零件。
發電元件100具備複數個層疊體1。各層疊體1包含：第1電極部10、第2電極22、以及中間部14。第1電極部10例如包含：基板11、以及支撐部30。基板11具有：第1主面11a、以及第1方向Z上與第1主面11a對置之第2主面11b。基板11具有導電性。第2電極22設置成與第1主面11a相接，具有與基板11相異的工作函數。中間部14設在第2主面11b側，包含有奈米粒子141。中間部14例如被支撐部30以及密封部(例如第1密封部31與第2密封部32)包圍，被保持在層疊體1內。
＜基板11＞ 基板11為具有導電性之板狀的構件。沿第1方向Z之基板11的厚度例如為0.03mm以上1.0mm以下。把基板11的厚度決定在這樣的範圍，藉此，可以薄化發電元件100的厚度。另一方面，基板11的厚度低過0.03mm的話，基板11變得容易變形，難以控制中間部14的厚度。而且，基板11的厚度比1.0mm厚的話，發電元件100的尺寸會過大。
而且，基板11的厚度例如較佳為層疊體1的窄短方向(圖1(b)中的第2方向X)中的外形尺寸的1/10以下。把基板11的厚度決定在這樣的條件下，藉此，可以薄化發電元件100的厚度，但是離開該範圍外的話，會產生發電元件100的厚度變大之不便。基板11的第2方向X的寬度比中間部14的第2方向X的寬度還大。
作為基板11的材料，可以選擇具有導電性的金屬材料。作為金屬材料，例如可以舉例有鐵、鋁、銅、或是鋁與銅的合金等。而且，作為基板11的材料，例如除了具有Si、GaN等的導電性之半導體之外，還可以使用導電性高分子材料。
基板11具有：第1主面11a、以及第2主面11b。在以下的說明中，把與第2電極22相接的側(第1方向Z中的上側)的面作為第1主面11a，把設置有中間部14或者是支撐部30的側(第1方向Z中的下側)的面作為第2主面11b。基板11的形狀可以是正方形、長方形，其他也可以是圓盤狀。
基板11的比阻抗值例如為1×10-6 Ω・cm以上1×106 Ω・cm以下即可。基板11的比阻抗值低過1×10-6 Ω・cm的話，會難以選定材料。而且，基板11的比阻抗值比1×106 Ω・cm還大的話，會增大電流的漏失。
而且，基板11的比阻抗值只要是比例如中間部14的比阻抗值、支撐部30的比阻抗值還小的值即可。基板11的比阻抗值比中間部14的比阻抗值、支撐部30的比阻抗值還大的話，會有無法得到高的輸出電壓之問題。
＜第2電極＞ 第2電極22設在第1主面11a，具有與基板11相異的工作函數。第2電極22只要是能在基板11之間產生工作函數差的話，是可以經由任意的材料來構成，例如，可以從以下表示的金屬來選擇。 鉑(Pt) 鎢(W) 鋁(Al) 鈦(Ti) 鈮(Nb) 鉬(Mo) 鉭(Ta) 錸(Re)
作為第2電極22的材料，也可以選擇非金屬導電物。作為非金屬導電物之例，可以舉例有矽(Si：例如p型Si、或者是n型Si)、及石墨烯等的碳系材料等。
沿第2電極22的第1方向Z之厚度例如為4nm以上1μm以下。更佳為4nm以上50nm以下。
＜中間部＞ 圖2為表示中間部14的其中一例之示意剖視圖。如圖1表示，中間部14位置在層疊體1的下方側，在層疊了複數個層疊體1的情況下，設在上側的層疊體1的基板11與下側的層疊體1的第2電極22之間。中間部14包含有奈米粒子141，該奈米粒子具有基板11的工作函數與第2電極22的工作函數之間的工作函數。
在基板11與第2電極22之間，沿第1方向Z設定電極間間隙G。在發電元件100，電極間間隙G係根據沿支撐部30的第1方向Z的厚度做設定。電極間間隙G的寬度的其中一例例如為10μm以下的有限值。電極間間隙G的寬度越狹小，越可以提升發電元件100的發電效率。而且，電極間間隙G的寬度越狹小，可以越薄化沿發電元件100的第1方向Z的厚度。為此，例如，電極間間隙G的寬度越狹小越好。電極間間隙G的寬度例如為10nm以上100nm以下為佳。尚且，電極間間隙G的寬度、與支撐部30之沿第1方向Z的厚度為大致相等。
中間部14例如包含有複數個奈米粒子141、以及溶媒142。複數個奈米粒子141分散在溶媒142內。中間部14例如可以把分散了奈米粒子141的溶媒142填充到間隙部140內而得。奈米粒子141的粒徑比電極間間隙G還小。奈米粒子141的粒徑例如為電極間間隙G的1/10以下的有限值。把奈米粒子141的粒徑決定在電極間間隙G的1/10以下的話，在間隙部140內，容易形成包含有奈米粒子141之中間部14。經此，在生產發電元件100之際，可以提升作業性。
奈米粒子141例如包含有導電物。奈米粒子141的工作函數的值例如在基板11的工作函數的值、與第2電極22的工作函數的值之間。例如，奈米粒子141的工作函數的值在3.0eV以上5.5eV以下的範圍。經此，與在中間部14內沒有奈米粒子141的情況相比較，可以更增加電能的產生量。尚且，奈米粒子141的工作函數的值也可以是在基板11的工作函數的值與第2電極22的工作函數的值之間以外。
作為奈米粒子141的材料之例，可以選擇金及銀之至少1個。尚且，奈米粒子141的工作函數的值在基板11的工作函數的值、與第2電極22的工作函數的值之間即可。因此，於奈米粒子141的材料，也可以選擇金及銀以外的導電性材料。
奈米粒子141的粒徑例如為2nm以上10nm以下。而且，奈米粒子141例如也可以具有平均粒徑(或是中位直徑D50)3nm以上8nm以下的粒徑。例如使用粒度分布計測器的方式，可以測定平均粒徑。作為粒度分布計測器，例如，可以使用利用了雷射繞射散射法之粒度分布計測器(例如MicrotracBEL製Nanotrac WaveII-EX150等)。
奈米粒子141係在其表面，例如具有絕緣膜141a。作為絕緣膜141a的材料的例，可以選擇絕緣性金屬化合物及絕緣性有機化合物之至少1種。作為絕緣性金屬化合物之例，例如可以舉例有矽氧化物及氧化鋁等。作為絕緣性有機化合物之例，可以舉例有烷烴硫醇(例如十二烷硫醇)等。絕緣膜141a的厚度例如為20nm以下的有限值。把這樣的絕緣膜141a設在奈米粒子141的表面的話，電子e例如利用隧道效應可以移動在基板11與奈米粒子141之間、以及奈米粒子141與第2電極22之間。為此，例如，可以期待提升發電元件100的發電效率。
於溶媒142，例如可以使用沸點為60℃以上的液體。為此，在室溫(例如15℃~35℃)以上的環境下，即便是使用了發電元件100的情況，也可以抑制溶媒142的氣化。經此，可以抑制隨溶媒142的氣化所致之發電元件100的劣化。作為液體之例，可以選擇有機溶媒及水中至少1種。作為有機溶媒之例，可以舉例有甲醇、乙醇、甲苯、二甲苯、十四烷、及烷烴硫醇等。尚且，溶媒142為電性的阻抗值高，絕緣性的液體為佳。
尚且，中間部14也可以不含有溶媒142，僅含有奈米粒子141。藉由中間部14僅含有奈米粒子141，例如把發電元件100使用在高溫環境下的情況下，也沒有必要考慮到溶媒142的氣化。經此，可以抑制高溫環境下中的發電元件100的劣化。
＜支撐部＞ 支撐部30係在第1電極部10中，例如設置成與基板11成為一體。支撐部30係包圍中間部14，支撐其他的層疊體1。支撐部30的比阻抗值比中間部14的比阻抗值還大。
＜發電元件100的動作＞ 熱能傳到發電元件100的話，在基板11與第2電極22之間產生電流，熱能變換成電能。在基板11與第2電極22之間產生的電流量，係與熱能相依之外，也可以與第2電極22的工作函數和基板11的工作函數之差相依。
產生的電流量係例如可以用加大基板11與第2電極22之工作函數差的方式、及縮小電極間間隙的方式來增加。例如，發電元件100所產生的電能的量，係可以考慮以增大上述工作函數差的方式、及縮小上述電極間間隙的方式中至少任意1個來增加。
＜＜發電元件100的製造方法＞＞ 接著，說明發電元件100的製造方法的其中一例。圖3為表示與第1實施方式有關的發電元件100的製造方法的其中一例之流程圖。圖4(a)~圖4(i)為表示與第1實施方式有關的發電元件100的製造方法的其中一例之示意剖視圖。
＜氧化膜形成工序：S110＞ 首先，在圖4(a)表示般具有導電性的基板11的其中一方側的面(例如第2主面11b)上，形成圖4(b)表示般的氧化膜12(支撐部30)(氧化膜形成工序：S110)。在氧化膜形成工序S110，用高溫對基板11主體進行退火處理，來在基板11形成氧化膜12。在氧化膜形成工序S110中，例如，使用濺鍍法或是蒸鍍法，除了塗布氧化膜12，例如也可以使用網印法、噴墨法，及噴印法等來形成。在氧化膜形成工序S110中，作為氧化膜12除了使用氧化矽膜之外，還可以使用聚醯亞胺、PMMA(Polymethyl methacrylate)、或是聚苯乙烯等的聚合物。
＜阻材形成工序：S120＞ 接著，如圖4(c)表示，在氧化膜12之上形成阻材(光阻蝕材料)13(阻材形成工序：S120)。在阻材13的形成中，首先，利用旋轉塗布法在氧化膜12之上塗布阻材13。接著，對塗布好的阻材13，使用規定的光罩進行曝光。曝光後，進行阻材13的顯影。
在光阻蝕材料的顯影下，去除曝光過的阻材13。顯影後殘留的阻材13係如圖4(c)表示般，在氧化膜12上隔著間隔做配置。氧化膜12上的阻材13的位置相當於形成支撐部30的位置。尚且，光阻蝕材料的塗布、曝光、顯影之各處理也可以使用公知的技術來進行。
＜蝕刻工序：S130＞ 接著，如圖4(d)表示，為了去除沒有被阻材13覆蓋的部分的氧化膜12，進行蝕刻(蝕刻工序：S130)。經由蝕刻去除沒有被阻材13覆蓋的部分的方式，來對氧化膜12進行圖案加工。圖案加工的結果，被阻材13覆蓋的部分的氧化膜12沒有被去除，形成作為支撐部30。尚且，支撐部30也可以氧化基板11的一部分來形成。
＜阻材去除工序：S140＞ 接著，如圖4(e)表示，去除阻材13(阻材去除工序：S140)。具體方面，已經結束支撐部30的形成的緣故，去除為了形成支撐部30而使用的阻材13。
＜電極配置工序：S150＞ 接著，如圖4(f)表示，在基板11上配置第2電極22(電極配置工序：S150)。具體方面，基板11中，在沒有配置支撐部30的第1主面11a上配置第2電極22。
＜切斷工序：S160＞ 接著，如圖4(g)表示，一起切斷基板11與第2電極22(切斷工序：S160)。具體方面，經由沿基板11的寬度方向中央部分做切割，切斷基板11及第2電極22。切割所致之切斷的結果，可以形成具有相同厚度之複數個第1電極部10。切割基板11的位置為任意。尚且，也可以多次實施氧化膜形成工序S110~切斷工序S160的工序。
＜層疊工序：S170＞ 接著，如圖4(h)表示，在第2電極22與第1電極部10的第2主面11b對置的狀態下進行層疊(層疊工序：S170)。具體方面，配置成沿第1方向Z，下側的第2電極22與上側的第1電極部10的支撐部30相接。在第2電極22上配置第1電極部10之際，希望第2電極22與支撐部30的材料為相同。例如，可以預先把第2電極22的材料形成在支撐部30的末端，或者是預先把支撐部30的材料形成在第2電極22。
＜中間部形成工序：S180＞ 接著，如圖4(i)表示，在第2電極22與第1電極部10的第2主面11b之間，形成包含有奈米粒子141之中間部14(中間部形成工序：S180)。具體方面，在下側的第1電極部10的第2電極22與經由上側的第1電極部10的基板11及支撐部30所形成的空間形成中間部14。在形成中間部14之際，例如利用毛細管現象等植入包含複數個奈米粒子141之溶媒142。
以上，經由進行各工序S110~S180的處理，形成層疊了複數個層疊體1之發電元件100。尚且，也可以多次實施上述各工序S110~S180的處理。
尚且，第1電極部形成工序例如相當於本實施方式中的氧化膜形成工序(S110)~阻材去除工序(S140)，第2電極形成工序例如相當於本實施方式中的電極配置工序(S150)，層疊工序例如相當於本實施方式中的層疊工序(S170)，中間部形成工序例如相當於本實施方式中的中間部形成工序(S180)。
根據本實施方式，形成依序層疊了第2電極22與第1電極部10與中間部14之層疊體1層疊有2個以上之發電元件100。為此，層疊時各層間的配線變得非必要。經此，可以圖求輸出電壓的提升。而且，隨著配線變得非必要，可以圖求發電元件100的構造上的簡樸化。
而且，根據本實施方式，基板11的比阻抗值為1×10-6 Ω・cm以上1×106 Ω・cm以下。為此，可以抑制與產生出的電流對應之電阻。經此，可以圖求發電元件100的發電效率的提升。
而且，根據本實施方式，基板11的比阻抗值比中間部14的比阻抗值還小。為此，可以抑制隨層疊之起因於基板的電阻增大。經此，可以圖求更提升發電效率。
而且，根據本實施方式，基板11的比阻抗值比支撐部30的比阻抗值還小。為此，可以防止對支撐部30的導通。經此，可以圖求更提升發電效率。
而且，根據本實施方式，中間部14的比阻抗值比支撐部30的比阻抗值還小。為此，可以防止對支撐部30的導通。經此，可以圖求更提升發電效率。
而且，根據本實施方式，基板11的厚度為0.03mm以上1.0mm以下。為此，可以縮小基板11的尺寸。經此，可以縮小發電元件100整體的尺寸。
而且，根據本實施方式，基板11的厚度為層疊體1的窄短方向中的外形尺寸的1/10以下。為此，即便層疊多個基板11也可以抑制發電元件100整體的厚度。經此，可以防止發電元件100的翻倒，可以防止隨翻倒導致發電元件100的劣化。
尚且，支撐部30也可以氧化基板11的一部分來形成。為此，基板11的一部分作為支撐部30發揮功能。經此，可以容易形成支撐部30。
[第2實施方式] 接著，說明有關第2實施方式中的發電元件100、發電裝置200。上述的第1實施方式與第2實施方式的差異在於，第1電極部10除了基板11與支撐部30以外還具有第1電極21這一點，其他的點為共通。從而，在以下的說明中，主要說明與第1實施方式相異的點，有關共通的部分賦予相同元件符號並省略說明。
圖5為表示與第2實施方式有關的發電元件100、發電裝置200的其中一例之示意圖。各層疊體51係構成具有第1電極部10、第2電極22、以及中間部14。第1電極部10具有基板11、以及第1電極21。第1電極21設置成與第2主面11b相接，在被一對的支撐部30包挾的狀態下配置在基板11與中間部14之間。第1電極21的工作函數比第2電極22的工作函數還大即可，第2電極22的工作函數比第1電極21的工作函數還大即可。
尚且，第1電極21也可以為不是被一對的支撐部30包挾的狀態，而是以在第1方向Z被支撐部30與基板11包挾的狀態做配置。亦即，層疊體51係可以依序層疊有第2電極22、基板11、第1電極21、支撐部30。而且，第1電極21可以用與第2電極22相同的材料來形成，或者是也可以用相異的材料來形成。
根據本實施方式，第1電極部10包含有第1電極21，該第1電極21設在基板11與中間部14之間，與第2主面11b相接。為此，可以控制第1電極21的厚度，藉此，可以高精度設定電極間間隙的大小。經此，可以圖求發電效率的安定化。
[第3實施方式] 接著，說明有關第3實施方式中的發電元件100、發電裝置200。上述的第1實施方式與第3實施方式的差異在於，基板11為半導體，基板11具有縮退部62與非縮退部63這一點，其他的點為共通。從而，在以下的說明中，主要說明與第1實施方式相異的點，有關共通的部分賦予相同元件符號並省略說明。
圖6為表示與第3實施方式有關的發電元件100、發電裝置200的其中一例之示意圖。各層疊體61係構成具有第2電極22、第1電極部10、以及中間部14。基板11具有：表面的一部分縮退之縮退部62、以及沒有縮退之非縮退部63。具體方面，縮退部62設在基板11上側的第1主面11a及下側的第2主面11b中至少任意一處，非縮退部63設在一對的縮退部62之間。第2電極22及中間部14係以與縮退部62相接的狀態做配置。基板11為半導體，例如可以利用對矽添加了作為雜質的磷等的5價元素之n型矽、n-ZnO、n-InGaZnO、n-MgZnO、n-InZnO的任意一個來形成，但是，也可以是這些以外的n型半導體。
縮退部62係例如可以藉由把n型的摻雜物高濃度離子植入到半導體的方式、或是把包含有n型的摻雜物的玻璃等的材料塗布到半導體，在塗布後進行熱處理的方式來產生。
經由在基板11形成縮退部62，與尚未形成縮退部62的情況相比較，電阻減低。為此，可以在基板11與第2電極22之間有效率產生電流。經此，可以使發電元件100的電阻減低。尚且，縮退部23的形成係例如實施在上述的氧化膜形成工序S110之前。此時，在基板11的表面形成縮退部62。
尚且，縮退部62係也可以僅設在第1主面11a或者是第2主面11b中任意其中一方側。但是，經由在第1主面11a及第2主面11b之兩方設置縮退部62，與僅在其中一方側設置的情況相比較，可以更有效率產生電流。而且，摻雜到基板11的雜質為n型的話是P、As、Sb等，為P型的話是B、Ba、Al，但是，也可以不限定於此。而且，縮退部62的雜質的濃度例如為1×1019 離子/cm3 的話，可以有效率放出電子e。但是，費米能階比傳導帶端能量非常大，可以實現所謂的縮退狀態的話，也可以不限定在該範圍。
根據本實施方式，基板11為半導體，具有：摻雜了雜質的縮退部62、以及尚未摻雜雜質的非縮退部63。為此，更有效率產生電流。經此，提升發電元件100的發電效率。
(第4實施方式：電子機器500) ＜電子機器500＞ 上述的發電元件100及發電裝置200例如可以搭載到電子機器。以下，若干程度說明電子機器的實施方式。
圖7(a)~圖7(d)為表示具備了發電元件100之電子機器500之例之示意方塊圖。圖7(e)~圖7(h)為表示具備了包含有發電元件100的發電裝置200之電子機器500之例之示意方塊圖。
如圖7(a)表示，電子機器500(電子產品)具備：電子零件501(電子元件)、主電源502、以及輔助電源503。電子機器500及電子零件501分別是電性的機器(電氣裝置)。
把主電源502用在電源來驅動電子零件501。作為電子零件501之例，例如可以舉例有CPU、馬達、感測器終端、及照明等。電子零件501例如為CPU的情況下，在電子機器500，包含有藉由內裝了主控端(CPU)而可以控制的電子機器。電子零件501例如包含有馬達、感測器終端、及照明等至少1個的情況下，在電子機器500，包含有位於外部的主控端、或者是藉由人而可以控制的電子機器。
主電源502例如是電池。電池方面，也包含可充電的電池。主電源502的正極端子(+)係與電子零件501的Vcc端子(Vcc)電性連接。主電源502的負極端子(-)係與電子零件501的GND端子(GND)電性連接。
輔助電源503為發電元件100。發電元件100包含有上述的發電元件100之至少1個。發電元件100的陽極(例如第1電極部13a)係與連接電子零件501的GND端子(GND)、或是主電源502的負極端子(-)、或是GND端子(GND)與負極端子(-)之配線，電性連接。發電元件100的陰極(例如第2電極部13b)係與連接電子零件501的Vcc端子(Vcc)、或是主電源502的正極端子(+)、或是Vcc端子(Vcc)與正極端子(+)之配線，電性連接。電子機器500中，輔助電源503例如兼用為主電源502，用於輔助主電源502的電源或主電源502的電容被切離的情況下，可以使用作為用於備份主電源502的電源。主電源502為可充電的電池的情況下，輔助電源503更可以作為用於對，電池充電的電源來使用。
如圖7(b)表示，主電源502也可以是發電元件100。發電元件100的陽極係與電子零件501的GND端子(GND)電性連接。發電元件100的陰極係與電子零件501的Vcc端子(Vcc)電性連接。圖7(b)表示的電子機器500具備：使用作為主電源502的發電元件100、以及可以使用發電元件100來驅動之電子零件501。發電元件100是獨立的電源(例如離網型電源)。為此，電子機器500例如可以是獨立型(stand-alone type)。而且，發電元件100是環境發電型(能量收集型)。圖7(b)表示的電子機器500係電池的交換為非必要。
如圖7(c)表示，也可以是電子零件501具備發電元件100。發電元件100的陽極例如與電路基板(省略圖示)的GND配線電性連接。發電元件100的陰極例如與電路基板(省略圖示)的Vcc配線電性連接。該情況下，發電元件100可以作為電子零件501之例如輔助電源503來使用。
如圖7(d)表示，電子零件501具備發電元件100的情況下，發電元件100可以作為電子零件501之例如主電源502來使用。
如圖7(e)~圖7(h)分別表示，電子機器500也可以具備發電裝置200。發電裝置200係包含發電元件100作為電能的來源。
圖7(d)所示的實施方式係具備使用電子零件501作為主電源502之發電元件100。同樣，圖7(h)所示之實施方式係具備使用電子零件501作為主電源之發電裝置200。在這些實施方式中，電子零件501具有獨立的電源。為此，可以把電子零件501例如決定為獨立型。獨立型的電子零件501係例如可以有效使用在包含複數個電子零件，而且，至少1個電子零件與另一個電子零件相離之電子機器。這樣的電子機器500之例為感測器。感測器具備：感測器終端(從屬端)、以及離開感測器終端之控制器(主控端)。感測器終端及控制器分別是電子零件501。感測器終端具備發電元件100或是發電裝置200的話，成為獨立型的感測器終端，有線的電力供給為不必要。發電元件100或是發電裝置200為環境發電型的緣故，電池的交換也非必要。感測器終端也可以視為1個電子機器500。在視為電子機器500之感測器終端，除了感測器的感測器終端，例如更包含有IoT無線標籤等。
圖7(a)~圖7(h)分別示出的實施方式中，共通的是，電子機器500包含：把熱能變換成電能之發電元件100、以及可以把發電元件100用在電源而驅動的電子零件501。
電子機器500也可以是具備了獨立的電源之自主型(autonomous type)。自主型的電子機器之例係例如可以舉例有機器人等。而且，具備了發電元件100或是發電裝置200之電子零件501也可以是具備了獨立的電源之自主型。自主型的電子零件之例係例如可以舉例有可動感測器終端等。
[第5實施方式] 接著，說明有關第5實施方式之發電元件100、發電裝置200。上述的實施方式與第5實施方式之差異在於，具備1個層疊體61這一點。尚且，有關與上述的實施方式同樣的內容省略其說明。
圖8為表示與第5實施方式有關的發電元件100、發電裝置200的其中一例之示意立體圖；圖9為表示與第5實施方式有關的發電元件100的其中一例之示意剖視圖。
在發電元件100中，例如圖9表示，層疊體61被層疊到連接層71之上。層疊體61與連接層71相接。連接層71包含：基板72、與第2電極22。第2電極22設在基板72與中間部14之間，與例如支撐部30相接。基板72具有導電性，也可以具備與上述的基板11同樣的構成。基板72例如具有：縮退部62、以及非縮退部63。
例如圖8表示，設在層疊體61的上表面之第2電極22係透過端子104，與第2配線102電性連接。而且，設在連接層71的下表面之基板72，係透過端子103，與第1配線101電性連接。
根據本實施方式，與上述的實施方式同樣，層疊體61包含有：含有具有導電性的基板11之第1電極部10、第2電極22、以及中間部14。而且，層疊體61被層疊到連接層71之上。為此，在層疊體61與連接層71之間，配線變成非必要，可以抑制元件整體的電阻的增加。經此，可以圖求輸出電壓的提升。而且，隨著配線變得非必要，可以圖求發電元件100的構造上的簡樸化。
尚且，連接層71也可以是上述的各實施方式中的發電元件100所具備。而且，連接層71也可以層疊在層疊體61之上及下中至少任意一處。也在該情況下，可以得到上述的效應。
說明了本發明若干個實施方式，但這些實施方式，乃是作為例子來提示，並沒有限定發明的範圍之意圖。這些新穎的實施方式，係可以以其他各式各樣的型態來實施，在不逸脫發明的要旨的範圍內，可以進行種種的省略，置換，變更。這些實施方式或其變形，是被包含在發明的範圍或要旨，同時也被包含在申請專利範圍所記載的發明以及其均等的範圍。
1:層疊體 10:第1電極部 11:基板 11a:第1主面 11b:第2主面 12:氧化膜 13:阻材 14:中間部 140:間隙部 141:奈米粒子 142:溶媒 21:第1電極 22:第2電極 30:支撐部 31:第1密封部 32:第2密封部 51:層疊體 61:層疊體 62:縮退部 63:非縮退部 71:連接層 100:發電元件 101:第1配線 102:第2配線 200:發電裝置 500:電子機器 R:負載 S110:氧化膜形成工序 S120:阻材形成工序 S130:蝕刻工序 S140:阻材去除工序 S150:電極配置工序 S160:切斷工序 S170:層疊工序 S180:中間部形成工序 Z:第1方向 X:第2方向 Y:第3方向
[圖1]圖1(a)為表示與第1實施方式有關的發電元件及發電裝置的其中一例之示意剖視圖；圖1(b)為沿圖1(a)中的A-A線之示意剖視圖。 [圖2]圖2為表示中間部的其中一例之示意剖視圖。 [圖3]圖3為表示第1實施方式中的發電元件的製造方法的其中一例之流程圖。 [圖4]圖4(a)~(i)為表示第1實施方式中的發電元件的製造方法的其中一例之示意剖視圖。 [圖5]圖5為表示與第2實施方式有關的發電元件及發電裝置的其中一例之示意剖視圖。 [圖6]圖6為表示與第3實施方式有關的發電元件及發電裝置的其中一例之示意剖視圖。 [圖7]圖7(a)~圖7(d)為表示具備了發電元件之電子機器之例之示意方塊圖；圖7(e)~圖7(h)為表示具備了包含有發電元件之發電裝置之電子機器之例之示意方塊圖。 [圖8]圖8為表示與第4實施方式有關的發電元件及發電裝置的其中一例之示意立體圖。 [圖9]圖9為表示與第4實施方式有關的發電元件及發電裝置的其中一例之示意剖視圖。
1:層疊體
11:基板
11a:第1主面
11b:第2主面
14:中間部
22:第2電極
30:支撐部
31:第1密封部
32:第2密封部
100:發電元件
101:第1配線
102:第2配線
200:發電裝置
R:負載

Claims (14)

  1. 一種把熱能變換成電能之發電元件，其中， 具備層疊在第1方向之複數個層疊體； 複數個前述層疊體包含： 第1電極部，其係包含有基板，該基板具有第1主面、和與該第1主面對置在前述第1方向之第2主面，並且具有導電性； 第2電極，其係設置成與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數；以及 中間部，其係設在前述第2主面側，包含有奈米粒子。
  2. 如請求項1的發電元件，其中， 前述基板的比阻抗值為1×10-6 Ω・cm以上1×106 Ω・cm以下。
  3. 如請求項1的發電元件，其中， 前述基板的比阻抗值比前述中間部的比阻抗值還小。
  4. 如請求項1的發電元件，其中， 前述第1電極部包含有支撐部，該支撐部包圍前述中間部並支撐其他的前述層疊體； 前述基板的比阻抗值係比前述支撐部的比阻抗值還小。
  5. 如請求項1的發電元件，其中， 前述第1電極部包含有支撐部，該支撐部包圍前述中間部並支撐其他的前述層疊體； 前述中間部的比阻抗值係比前述支撐部的比阻抗值還小。
  6. 如請求項1的發電元件，其中， 前述基板的厚度為0.03mm以上1.0mm以下。
  7. 如請求項1的發電元件，其中， 前述基板的厚度為前述層疊體的窄短方向中的外形尺寸的1/10以下。
  8. 如請求項1的發電元件，其中， 前述第1電極部包含有第1電極，該第1電極設在前述基板與前述中間部之間，與前述第2主面相接。
  9. 如請求項4的發電元件，其中， 前述支撐部乃是氧化了前述基板的一部分而製成者。
  10. 如請求項1的發電元件，其中， 前述基板為半導體，具有：設在前述第1主面及前述第2主面中至少任意一處之縮退部、以及非縮退部。
  11. 一種把熱能變換成電能之發電元件，其中， 具備層疊在第1方向之層疊體以及連接層； 前述層疊體包含： 第1電極部，其係包含有基板，該基板具有第1主面、和與該第1主面對置在前述第1方向之第2主面，並且具有導電性； 第2電極，其係設置成與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數；以及 中間部，其係設在前述第2主面側，包含有奈米粒子； 前述連接層包含有前述基板。
  12. 一種發電裝置，具備請求項1的發電元件。
  13. 一種電子機器，具備：請求項1的發電元件、以及可以驅動前述發電元件並將其用在電源之電子零件。
  14. 一種把熱能變換成電能之發電元件的製造方法，其中，具有以下工序： 第1電極部形成工序，其係形成第1電極部，該第1電極部包含有基板，該基板具有第1主面以及與該第1主面對置在第1方向之第2主面，並且具有導電性； 第2電極形成工序，其係形成第2電極，該第2電極與前述第1主面相接，具有與前述基板相異的工作函數； 層疊工序，其係依序層疊兩個以上的前述第2電極與前述第1電極部；以及 中間部形成工序，其係把包含有奈米粒子的中間部，形成在前述第2電極與前述第2主面之間。
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