WO2013012065A1

WO2013012065A1 - 熱電変換素子及び熱電変換発電装置

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Publication number: WO2013012065A1
Application number: PCT/JP2012/068465
Authority: WO
Inventors: 浩明中弥
Original assignee: Nakaya Hiroaki
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-01-24

Abstract

　本発明は熱電変換効率が高い熱電変換素子を提供すると共に、発電効率の高い熱電変換発電装置を提供する。　本発明の熱電変換素子は、熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、グラファイト、結晶性黒鉛及びグラフェンからなる群から選択される少なくとも半導体と金属の電気伝導特性を併せ持つ電荷輸送材料で形成される電荷輸送部或いは電荷輸送層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる。

Description

熱電変換素子及び熱電変換発電装置

　本発明は、熱電変換素子及び熱電変換発電装置に関する。

　熱電変換素子は、石油やオゾンを使用しないクリーンなエネルギー変換素子として知られ、近年、高効率化や大面積化・薄型化が望まれている。例えば、ゼーベック効果を利用した発電用素子（熱電変換発電素子）やペルチェ効果を利用した冷却・加熱用素子（ペルチェ素子）の開発が進められている。

　このような熱電変換素子について、その構成及び原理を説明する。図１７は、従来の熱電変換素子の構成を説明するための概念図である。
　図１７に示すように、従来の熱電変換素子１００は、対向する複数の電極（金属電極）１２０，１２１，１８０と、電極間に配置されたｎ型熱電変換半導体からなるブロック体１３０及びｐ型熱電変換半導体からなるブロック体１３１とで構成されている。ブロック体１３０，１３１は、その一端（接合端）で電極１８０によって互いに電気的に接続され、ｎ型熱電変換半導体のブロック体とｐ型熱電変換半導体のブロック体とが直列に接続されている。また、ブロック体１３０，１３１は、もう一方の端で電極１２０，１２１に接続されている。

　このとき、電極１８０を高温とし、反対側の電極１２０，１２１を低温として両者の間に温度差を設けると、ゼーベック効果により熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。また、例えば電極１８０と電極１２０，１２１との間に直流電圧を印加し、電極１２０から電極１８０を介して電極１２１の方向に電流を流すことにより、電極１８０が吸熱作用電極、電極１２０，１２１が放熱作用電極として働き、ペルチェ効果により電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。

　ここで、上記従来の熱電変換素子がペルチェ素子として利用されるとき、その吸熱エネルギーについて考える。Ｑ_Pをペルチェ吸熱量、Ｑ_Rをジュール熱量、Ｑ_Kを熱伝導による熱量としたとき（図１７参照）、電極１８０の上部側における吸熱エネルギーＱは、次の（１）式であらわされる。
　　Ｑ＝Ｑ_P－Ｑ_R－Ｑ_K・・・（１）
　また、すなわちブロック体の高さ（電極１８０と電極１２０，１２１との間隔）をＬ、ブロック体の断面積（前記高さ方向に垂直な面の断面積）をＳとしたとき、ＱRはブロック体の高さＬに比例し断面積Ｓに反比例する。さらに、Ｑ_Kはブロック体の断面積Ｓに比例し高さＬに反比例する。熱電素子の形状について考えると、例えば、ブロック体の高さＬが決まっている場合、断面積Ｓを広くするほどＱ_Rは小さくなるが、Ｑ_Kは大きくなってしまう。すなわち、材料の特性が決まれば、理想的な熱電変換効率を引き出す素子形状として断面積Ｓと高さＬの関係は一義的に決まってしまう。

　例えば、熱電変換材料にBi-Te系材料を使用する場合、Bi-Te系材料のブロック体（直方体や円柱形状等）の断面積Ｓ（ｍ²）、高さＬ（ｍ）とすると、Ｓ（ｍ²）＝（０．６～６）×１０^-3×Ｌ（ｍ）の関係を満たしているときに、熱電変換素子として効率良く熱電変換することができるが、例えば、１０ｃｍ×１０ｃｍ角の液晶表示パネルをｎ型とｐ型の熱電変換半導体からなるブロック体２つを用いて冷却することを想定すると、熱電変換素子のブロック体の高さＬは８０ｃｍ以上である必要があり、実用性に欠ける熱電変換素子となってしまう。このため、断面積Ｓが０．０１ｃｍ²～３ｃｍ²程度のブロック体が多数直列接続されてモジュール化され、モジュール化によって吸熱面積（冷却面積）を拡大させた熱電変換素子（ペルチェ素子）が実用化されている。

　しかしながら、熱電変換素子の放熱面が高温となりその部材が膨張する一方、吸熱面は低温となり収縮するので、例えば、ブロック体と電極をはんだ等で固着させた熱電変換素子の場合、固着箇所が応力によって疲労亀裂を起こすことがある。熱電変換素子が大面積化するほどこの傾向を示すので、商業化されているペルチェモジュールの冷却面積は５ｃｍ×５ｃｍ程度である。

　このような背景から、固着箇所で亀裂が発生するのを抑制する技術が報告されている。例えば、対向して配置されたカーボン基板の間に、複数のｎ型半導体と複数のｐ型半導体とを平面的に配列した熱電変換素子モジュールを設置する構造において、前記カーボン基板が高熱伝導性カーボン複合材で構成されている熱電変換素子モジュールが開発されている（例えば、特許文献１参照）。この熱電変換素子モジュールは、一般炭素材を用いた基板に比べて熱伝導性に優れ、基板での熱損失が抑制でき、基板と半導体の接合面で亀裂の発生を防止できるとされている。しかしながら、この発明は従来の素子構造の熱電変換素子であり熱電変換素子として十分な特性が得られない。また、多数の熱電変換素子をモジュール化する従来のモジュール構造のものであり、大面積化が十分に図れるものではない。

　また、熱電変換素子の高効率化を図るため、吸熱面と放熱面間の熱伝導を抑制する種々の技術が報告されている。例えば、ｐ型熱電変換材料とｎ型熱電変換材料を直線状に配置した多数の熱電変換素子対を備えた熱電変換モジュールにおいて、ｐ型熱電変換材料とｎ型熱電変換材料の境界部に高温熱源に接触させるとともに境界部と反対側の低温部を高温熱源から熱的に遮断するために、熱電変換素子の側面に電気絶縁性断熱材を配置する熱電変換モジュールが開発されている（例えば、特許文献２参照）。しかしこの構造では、ｐ型熱電材料とｎ型熱電材料は直線状に繋がって配置されており熱電変換材料内の熱伝導が抑制されておらず熱電変換素子として十分な特性が得られない。また、従来のモジュール構造であり、大面積化が十分に図れるものではない。

　また、グラフェンやフラーレンとカーボンナノチューブを複合化させて形成した炭素材料を熱電変換材料として利用することが報告されている（例えば、特許文献３，４参照）。カーボンナノチューブにグラフェンやフラーレンを複合化させることでカーボンナノチューブの熱伝導率を低下させ、高い電気伝導率を有する熱電変換材料が形成でき、それらの炭素材料を熱電変換材料として用いる熱電変換素子が提案されている。しかし、炭素材料は基本的に高い熱電能を有していないので、炭素材料を改良して熱電変換材料として用いるだけの熱電変換素子では十分な性能を得ることは困難である。よって、多数の熱電変換素子をモジュール化する構造となり大面積化も困難である。

特開２００９－１４１０７９号公報特開平８－３３５７２２号公報特開２０１０－１９２７８０号公報特開２０１０－１４７３７９号公報

　一般に、熱電変換素子はその動作中に高温作用部（或いは発熱作用部）と低温作用部（或いは吸熱作用部）の温度差：ΔＴによって、熱量：Ｑ_Kが高温作用部（或いは発熱作用部）から低温作用部（或いは吸熱作用部）へ熱伝導してくる。そしてΔＴが小さくなるため熱電変換素子の熱電変換効率が低下するという問題がある。

　高温作用部（或いは発熱作用部）から低温作用部（或いは吸熱作用部）へ熱伝導する熱量：Ｑ_Kを低減するため、熱電変換材料層の断面積を小さくし、熱電変換材料層を厚くする対処法が従来より為されているが、熱電変換材料層の断面積が小さい熱電変換素子では、大面積化を図るため多数の熱電変換素子をモジュール化して使用しなければならない。しかしながら、モジュール化した熱電変換モジュールの大きさは５ｃｍ×５ｃｍ程度で、大面積に対応できないという問題がある。

　また、従来の熱電変換素子は、高温部と低温部とがほぼ同じ面積で上下に重なるように配置される構造であり、この構造の熱電変換素子は、高温側の電極と低温側の電極が対峙しており距離も短く、高温側の電極から低温側の電極への熱伝導が大きいため高い熱電変換効率を有する熱電変換素子を製造することが困難である。また、常温の空間において１０℃前後の温度差しかないような状況下では、高温側の電極から低温側の電極に熱伝導してきた熱エネルギーは低温側の電極に蓄積されすぐに温度差がなくなってしまうため、常温の空間において温度差を利用する熱電変換発電を行うことができないのが現状である。

　熱電変換素子は、高い熱電能、高い電気伝導率、低い熱伝導率の三特性を同時に満たすことを必要とするが、従来の熱電変換素子は、この三特性を材料に持たせることで開発を進めてきた。しかしながら、三特性を同時に満たす材料はピンポイントでしか得ることができないため、三特性全てを材料に持たせることでは、特性の優れた熱電変換素子を開発することは困難であるという問題がある。

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、熱電変換素子に電荷輸送層を形成することで、高い電気伝導率と低い熱伝導率を同時に満たすことができる素子構造を実現させたものである。従来の熱電変換素子に比べて熱電変換効率が非常に高い熱電変換素子を提供するものであり、且つ、大面積化ができ、常温の空間で発電できる熱電変換素子及び熱電変換発電装置を提供するものである。

　本発明によれば、熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、少なくとも半導体と金属の電気伝導特性を併せ持つ電荷輸送材料で形成される電荷輸送部或いは電荷輸送層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子が提供される。
　また、本発明によれば、少なくとも熱電変換発電素子とペルチェ素子を組み合わせてなる熱電変換発電装置であり、該ペルチェ素子により該熱電変換発電素子の低温作用部を吸熱し、且つ該熱電変換発電素子の高温作用部あるいは高温作用部に接触する熱だめとなる対象物に放熱し、該熱電変換発電素子で発電する熱電変換発電装置が提供される。

　本発明は、熱電変換素子に電荷輸送部或いは電荷輸送層を形成することで、高い電気伝導率と低い熱伝導率を同時に満たすことができる素子構造を実現させたものである。よって、本発明の熱電変換素子に使用される熱電変換材料は、熱電能のみが高い特性を有しておればよいという効果を有する。また本発明は、従来の熱電変換素子に比べて熱電変換効率が非常に高い熱電変換素子を提供するものであり、本発明の熱電変換素子を利用することで、大面積化ができ、常温の空間で発電できる熱電変換素子及び熱電変換発電装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態２に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態３に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態４に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態５に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態６に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態７に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態８に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態９に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。本発明の実施形態１０に係る熱電変換発電装置（複数の熱電変換素子を備える装置）の断面図である。本発明の実施形態１１に係る熱電変換発電装置（複数の熱電変換素子を備える装置）の断面図である。本発明の実施形態１２に係る熱電変換発電装置（複数の熱電変換素子を備える装置）の断面図である。本発明の実施形態１３に係る熱電変換発電装置（複数の熱電変換素子を備える装置）の断面図である。本発明の実施形態１０に係る熱電変換発電装置に適用した熱電変換素子（ペルチェ素子）の構造を説明するための斜視図である。本発明の実施形態１２に係る熱電変換発電装置に適用した熱電変換素子（ペルチェ素子）の構造を説明するための斜視図である。従来の比較形態１に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。従来の熱電変換素子の構成を説明するための概念図である。

　熱電変換素子は、一般に熱電変換材料の上部と下部に電極を有する構造であり、電極間に直流電圧が印加され電流が熱電変換材料を流れると、一方の電極で吸熱が生じ、他方の電極で発熱が生じる。例えば上部電極で吸熱が生じた場合、下部電極では発熱が生じる。電流の向きが逆になれば吸熱と発熱も逆になる。ここで、本明細書において、その作用から前者を吸熱作用部、後者を発熱作用部と呼ぶ。また、例えば発電素子として使用する場合、例えば上部電極を低温に、下部電極を高温にすると、この熱電変換素子は、その温度差を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するので、この作用から前者を低温作用部、後者を高温作用部とも呼ぶ。

　本発明の熱電変換素子は、熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、少なくとも半導体と金属の電気伝導特性を併せ持つ電荷輸送材料で形成される電荷輸送部或いは電荷輸送層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子である。
　本発明の熱電変換素子は電荷輸送部或いは電荷輸送層を有していることに特徴がある。熱電変換素子は、高い熱電能、高い電気伝導率、低い熱伝導率の三特性を同時に満たすことを必要とするが、従来の熱電変換素子は、この三特性を材料に持たせることで開発を進めてきた。しかしながら、三特性を同時に満たす材料はピンポイントでしか得ることができないため、三特性全てを材料に持たせることでは特性の優れた熱電変換素子を開発することは困難である。本発明は、熱電変換素子に電荷輸送部或いは電荷輸送層を形成することで、高い電気伝導率と低い熱伝導率を同時に満たすことができる素子構造を実現させたものであり、従来の熱電変換素子に比べて熱電変換効率が非常に高い熱電変換素子を提供することが可能となる。且つ、大面積化ができ、常温の空間で発電できる熱電変換素子及び熱電変換発電装置を提供するものである。また、本発明の熱電変換素子に使用される熱電変換材料は、熱電能のみが高い特性を有しておればよいという効果も同時に有する。

　本発明の熱電変換素子に使用される熱電変換材料は、周知の熱電変換材料であればよく、特に材質を限定するものではない。特に本発明の熱電変換素子は、熱電変換材料に高い電気伝導率と低い熱伝導率の両特性を求めるものではなく、熱電能のみが高い特性を有しておればよいというものである。よって、本発明の熱電変換素子に使用される熱電変換材料としては、例えばBi-Te系材料、Bi-Se系材料、Sb-Te系材料、Pb-Te系材料、Ge-Te系材料、Bi-Sb系材料、Zn-Sb系材料、Co-Sb系材料、Ag-Sb-Ge-Te系材料、Si-Ge系材料、Fe-Si系材料、Mg-Si系材料、Mn-Si系材料、Fe-O系材料、Zn-O系材料、Cu-O系材料、Al-O系材料、Co-O系材料、Ti-O系材料、Pb-O系材料、Na-Co-O系材料、Ti-Sr-O系材料、Bi-Sr-Co-O系材料等、一般的に知られる熱電変換材料があげられる。

　なお、これらの熱電変換材料で形成される熱電変換材料層は、所定の原料を溶融して製造した焼結体を切り出した板状の熱電変換材料であっても良いし、多周知の蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法で形成された層であっても良い。あるいは、熱電変換材料をペースト化し、ペーストを印刷法により塗布印刷し加熱することにより熱電変換材料層を形成してもよい。熱電変換材料層の厚みは特に規定されるものではないが０．１～１０ｍｍ程度である。

　本発明の特徴である電荷輸送部或いは電荷輸送層について、電荷輸送部或いは電荷輸送層に使用される導電材料は、少なくとも半導体と金属の電気伝導特性を併せ持つ電荷輸送材料或いは半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料であることが必要である。熱電変換材料は一般的に半導体であるためバンドギャップを有するので伝導帯が価電子帯に対してある程度エネルギー的に高い位置にある。導電材料が金属のようにバンドギャップを有さず価電子帯のすぐ上に伝導帯がある場合、熱電変換材料の伝導帯にあるキャリアが導電材料の伝導帯に移動する際にエネルギーを放出することになり発熱が生じる。このような発熱が大きく生じると本発明の熱電変換素子は本発明の作用・効果を十分に発揮できなくなる。よって、本発明の電荷輸送部或いは電荷輸送層を形成する電荷輸送材料はある程度のバンドギャップを有していることが必要であり、熱電変換材料の伝導帯にあるキャリアが、電荷輸送材料の伝導帯に移動する際にほとんどエネルギーを放出或いは吸収しないことが不可欠である。

　本発明の熱電変換素子において、前記電荷輸送材料が、グラファイト、結晶性黒鉛及びグラフェンからなる群から選択される熱電変換素子であってもよい。
　グラファイトや結晶性黒鉛は、層間では半導体的な性質であり、層面内は金属的導電性を示す。グラファイトと熱電変換材料との接触では、金属と熱電変換材料との接触により生じるような発熱作用は生じないことから、グラファイト全体としてグラファイトのπ*軌道よりなる伝導帯のエネルギー準位とBi-Te系材料等の熱電変換材料の伝導帯のエネルギー準位が近く、キャリアの移動でエネルギー放出がほとんど生じないものと考えられる。このため、熱電変換材料層とグラファイト層とを積層して使用することができる。また、グラファイトは導電性に対して異方性を有しており、天然黒鉛から製造したシートは、層面内方向の電気伝導率が２０００～７０００（Ｓ／ｃｍ）程度で、厚み方向の電気伝導率が１（Ｓ／ｃｍ）程度あり、ポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させたグラファイトシートは、層面内方向の電気伝導率が１００００～２５０００（Ｓ／ｃｍ）程度であり、厚み方向の電気伝導率が５（Ｓ／ｃｍ）程度ある。熱電変換材料の電気伝導率が５００～９００（Ｓ／ｃｍ）程度であり、どちらのグラファイトシートを使用してもグラファイトの層面内方向の高い電気伝導率を利用して有効な電荷輸送層或いは異方性導電材料層として利用することができる。
　また、結晶性黒鉛、グラフェンは、アセチレンを原料として気相法で１０００℃～１５００℃の範囲で合成する。一般には、ＮｉやＣｏと等の金属触媒下で合成されるが、本発明では金属触媒を使用せずに気相で分解・合成を行う。結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層を形成して熱電変換素子に使用することが好ましい。

　本発明の熱電変換素子は、前記電荷輸送層が導電性に対して異方性を有する異方性導電材料層であり、前記異方性導電材料層は、層面内方向の電気伝導率が厚さ方向の電気伝導率よりも大きい特性を有する熱電変換素子であり、前記異方性導電材料層上の一部に電極を有する熱電変換素子であってもよい。
　本発明の異方性導電性材料層は、層面内方向の電気伝導率が厚さ方向の電気伝導率よりも大きい特性を有するものである。この異方性導電材料層の導電異方性を利用することにより、異方性導電材料に接触して、或いは異方性導電材料の近傍に配置する電極は、異方性導電材料の層面内の一部分に配置することが可能となる。よって、熱電変換素子の高温作用部（発熱作用部）として働いている一方の電極と、低温作用部（吸熱作用部）として働いている他方の電極が、立体配置的にある程度の距離をもって隔たたせることが可能となる。その立体配置により、高温作用部と低温作用部間を熱伝導する式（１）の熱量：Ｑ_Kを抑制でき熱電変換効率の改善を図ることができる。また、従来のようなモジュール構造を有さないで、一つの素子で広い面積を有する構成の熱電変換素子を実現できる。

　本発明の熱電変換素子は、熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、電子輸送材料、正孔輸送材料からなる群から選択される半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料で形成される異方性導電材料層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子であってもよい。
　電荷輸送材料を電荷輸送部或いは電荷輸送層に使用する場合は、熱電変換材料の電気伝導率が５００～９００（Ｓ／ｃｍ）程度であることから、電荷輸送材料の電気伝導率は２０００（Ｓ／ｃｍ）以上であることが好ましい。しかしながら、半導体の電気伝導特性のみを有する電荷輸送材料は電気伝導率を２０００（Ｓ／ｃｍ）以上にすることは困難であり、本発明の電荷輸送部或いは電荷輸送層に使用することは難しい。一方、電荷輸送材料を異方性導電材料層に使用する場合は、電荷輸送材料の電気伝導率が１００～５００（Ｓ／ｃｍ）であれば有効に使用することができる。よって本発明においては、半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料を異方性導電材料層に使用する。特に、ｎ型熱電変換部に含まれる電荷輸送層においては、電子輸送材料を使用することが好ましく、ｐ型熱電変換部に含まれる電荷輸送層においては、正孔輸送材料を使用することが好ましい。

　電子輸送材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、シロール誘導体等が好ましい。

　正孔輸送材料としては、例えば、ポルフィリン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリ－ｐ－フェニレンビニレン、ポリシラン、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミン置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファス炭化シリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛等が好ましい。

　異方性導電材料層としては、グラファイトが一般的であり、本発明の熱電変換素子は、異方性導電材料層としてグラファイトで形成される層を使用する。グラファイト以外の異方性導電材料層として、低導電性材料層（基材層）の表面に高導電性材料のコート層（電荷輸送層）を形成した異方性導電材料層を使用してもよい。低導電性材料層の表面に高導電性材料のコート層を形成した異方性導電材料層もまた、グラファイトと同様に層面内方向で高い電気伝導率を示し、厚さ方向で低い電気伝導率を示す特性を有する。

　低導電性材料層としては、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂等の結着樹脂中に、半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料を含有させることで形成できる。ｎ型熱電変換部に含まれる第１異方性導電材料層においては、結着樹脂中に電荷輸送材料として電子輸送材料を含有させて第１基材層を形成することが好ましく、ｐ型熱電変換部に含まれる第２異方性導電材料層においては、結着樹脂中に電荷輸送材料として正孔輸送材料を含有させて第２基材層を形成することが好ましい。電気伝導率は結着樹脂中の電荷輸送材料の含有量や材料を変化させることでコントロールすることできる。低導電性材料層の電気伝導率としては１～１０S／ｃｍ程度が好ましい。形成方法は、蒸着法や塗布法等の一般的な層形成手段を用いることができる。本発明では、結着樹脂や電荷輸送材料を適当な有機溶剤に溶解または分散して低導電性材料層形成用塗布液を調製し、この塗布液を熱電変換材料層の上に塗布し、次いで乾燥して有機溶剤を除去することで形成する。低導電性材料層の厚みは低導電性材料層形成用塗布液の粘度を調整することでコントロールできる。低導電性材料層の厚みとしては、特に規定されるものではないが、０．１μｍ～１０μｍ程度の範囲が好ましい。

　続いて、低導電性材料層の表面に高導電性材料のコート層（電荷輸送層）を形成する。高導電性材料としては、半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料を使用することができる。ｎ型熱電変換部に含まれる第１異方性導電材料層には電子輸送材料を用い使用して第１電荷輸送層を形成し、ｐ型熱電変換部に含まれる第２異方性導電材料層には正孔輸送材料を使用して第２電荷輸送層を形成することが好ましい。電荷輸送材料のコート層の形成方法は、蒸着法、レーザーアブレーション成膜、塗布法等の一般的な層形成手段を用いることができる。電荷輸送層の厚さは、特に規定されるものではないが、１０～１０００ｎｍの範囲が好ましく、電荷輸送材料のコート層は、面内での電気伝導率が１００S／ｃｍ以上であることが好ましく、３００S／ｃｍ以上であることがより好ましい。

　本発明の熱電変換素子は、少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の前記異方性導電材料層が積層構造からはみ出してなる延在部を有する熱電変換素子であり、前記異方性導電材料層上の延在部に電極を有する熱電変換素子であってもよい。

　また、本発明の熱電変換素子は、少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された、ｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部とを備え、積層方向に対して前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の下部に、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部に跨る第１電極と、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の上部に、それぞれ第２及び第３電極を備える熱電変換素子であり、ｎ型熱電変換部の異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有し、第２電極はｎ型熱電変換部の延在部の一部分に設けられ、ｐ型熱電変換部の異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有し、第３電極は、ｐ型熱電変換部の延在部の一部分に設けられる熱電変換素子であってもよい。
　熱電変換部の熱電変換材料層と積層される異方性導電材料層は、異方性導電材料層の導電異方性を利用することにより、熱電変換材料層と接触する面積よりも大きい面積を有する異方性導電性材料を積層して積層構造からはみ出してなる延在部を有する熱電変換部を構成することが可能となる。この延在部に一方の電極を配置することにより、立体配置により熱電変換素子の高温作用部と低温作用部を隔たたせることが可能となり、高温作用部（発熱作用部）と低温作用部（吸熱作用部）間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kをより抑制でき熱電変換効率の改善を図ることができる。また、従来のようなモジュール構造を有さないで、一つの素子で広い面積を有する構成の熱電変換素子を実現できる。

　本発明の熱電変換素子は、少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、上部電荷輸送層及び上部熱電変換材料層よりなる熱電変換部を有する熱電変換素子であり、該熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層が該熱電変換部の側面で一定の距離をおいて繋がる一つの電荷輸送層を成す構造である熱電変換素子であってもよい。

　また、本発明の熱電変換素子は、少なくとも熱電変換材料層と電荷輸送層が積層された、ｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部とを備え、積層方向に対して前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の下部に、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部に跨る第１電極と、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の上部に、それぞれ第２及び第３電極を備える熱電変換素子であり、前記各熱電変換部は、少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、上部電荷輸送層及び上部熱電変換材料層よりなる熱電変換部であり、該熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層が該熱電変換部の側面で一定の距離をおいて繋がる一つの電荷輸送層を成す構造である熱電変換素子であってもよい。
　上記の構造を有する熱電変換素子は、下部電荷輸送層と上部電荷輸送層が該熱電変換部の側面で一定の距離をおいて繋がることにより空洞部分に空気層ができ、この空気層の低い熱伝導性と、電荷輸送層の高い導電性を利用して、熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体配置的に離間させることが可能となる。その立体配置により高温作用部と低温作用部間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kを抑制し、且つ高い電気伝導性を確保できるため高い熱電変換効率が実現できる。また、従来のようなモジュール構造を有さないで、一つの素子で広い面積を有する構成の熱電変換素子を実現できる。

　本発明の熱電変換素子は、少なくとも熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と電荷輸送部或いは電荷輸送層を有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子において、更に、前記熱電変換部に断熱層を有する熱電変換素子であってもよい。
　断熱層としては、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱材料を使用することが好ましい。また、製造上の制約により発火点５５０℃以上の耐熱性を有することが好ましい。具体的な断熱材料としては、シリカ、多孔質シリカ、ガラス、ガラスウール、ロックウール、けいそう土、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、或いは中空粒子形状の無機粒子等があげられる。また、断熱層として、市販されているガラスウールやロックウールをフェノール樹脂やメラミン樹脂で固めた断熱材基板をそのまま使用しても良い。

　また、本発明の熱電変換素子は、少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、断熱層、上部電荷輸送層、上部熱電変換材料層の順で積層された構造の熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層は断熱層の側面で繋がる一つの電荷輸送層である熱電変換素子であってもよい。
　上記の構造を有する熱電変換素子は、断熱材層の低い熱伝導性と、電荷輸送層の高導電性を利用して、熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体配置的に離間させることが可能となる。その立体配置により高温作用部と低温作用部間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kを抑制し、且つ高い電気伝導性を確保できるため高い熱電変換効率が実現できる。また、従来のようなモジュール構造を有さないで、一つの素子で広い面積を有する構成の熱電変換素子を実現できる。この素子構造においては、電荷輸送材料としてグラファイトシート等を使用することが好ましい。

　また、本発明の熱電変換素子は、少なくとも下部熱電変換材料層、断熱層、上部熱電変換材料層の順で積層された構造の熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の断熱層は貫通孔を有し、貫通孔に電荷輸送材料を形成することで前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせる熱電変換素子であってもよい。
　上記の断熱材基板に貫通孔を形成して、貫通孔に熱電変換材料を充填する工程を経て、断熱材層と熱電変換材料層を積層した熱電変換素子を作製する。貫通孔に高導電性の電荷輸送材料を充填することで、熱電変換素子として高い電気導電率が確保される。貫通孔の形成は機械的にドリル等で貫通孔を設けても良いし、レーザー光の照射で貫通孔を形成してもよい。電荷輸送材料としては、グラファイト、結晶性黒鉛、グラフェン、電子輸送材料、正孔輸送材料等を使用することができる。
　上記の構造を有する熱電変換素子は、断熱材層の低い熱伝導性と、電荷輸送部或いは電荷輸送層の高導電性を利用して、熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体配置的に離間させることが可能となる。その立体配置により高温作用部と低温作用部間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kを抑制し、且つ高い電気伝導性を確保できるため高い熱電変換効率が実現できる。

　また、本発明の熱電変換素子は、少なくとも下部熱電変換材料層、断熱層、上部熱電変換材料層の順で積層された構造の熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の断熱層は断熱材料からなる多孔質材よりなり、該多孔質材の孔に電荷輸送材料を形成することで前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせる熱電変換素子であってもよい。
　多孔質材の形成方法としては、上記の断熱材基板やガラス等をボールミル等の粉砕機で粉砕して製造した断熱材粉末、或いは多孔質シリカ粒子、けいそう土、中空粒子形状の無機粒子等の断熱材微粒子に、樹脂粒子と、熱電変換材料粉末を混合後、有機溶媒やバインダーを加えて混練することによりペースト化する。このペーストをステンレス板等の剥離基板上に塗布印刷し、加熱することによりペーストに添加されている樹脂粒子を燃焼消失させることで多孔質な断熱層を形成し、剥離基板から剥離して断熱材基板とする。樹脂粒子としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン等の粒子を使用することができるが、３５０℃で略完全に消失するポリメチルメタクリレートが好ましい。　また、中空粒子形状の無機粒子としては、中空シリカ粒子、中空アルミナ粒子や中空チタニア粒子等が知られている。電荷輸送材料としては、グラファイト、結晶性黒鉛、グラフェン、電子輸送材料、正孔輸送材料等を使用することができる。
　上記のように、孔内（多孔質材）に高導電性の電荷輸送材料を充填することで、熱電変換素子として高い電気導電率が確保される。この構造を有する熱電変換素子は、断熱材層の低い熱伝導性と、電荷輸送部或いは電荷輸送層の高導電性を利用して、熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体配置的に離間させることが可能となる。その立体配置により高温作用部と低温作用部間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kを抑制し、且つ高い電気伝導性を確保できるため高い熱電変換効率が実現できる。

　本発明は、少なくとも熱電変換発電素子とペルチェ素子を組み合わせてなる熱電変換発電装置であり、該ペルチェ素子により該熱電変換発電素子の低温作用部を吸熱し、且つ該熱電変換発電素子の高温作用部あるいは高温作用部に接触する熱だめとなる対象物に放熱し、該熱電変換発電素子で発電する熱電変換発電装置である。
　また本発明は、前記ペルチェ素子として、少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された熱電変換部を有し、異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有する熱電変換素子を使用し、前記熱電変換発電素子として、少なくとも熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と電荷輸送部或いは電荷輸送層を有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子を使用する熱電変換発電装置であってもよい。
　ここで低温作用部とは熱電変換発電素子の低温側電極あるいは低温側電極付近の熱電変換部であり、高温作用部とは熱電変換発電素子の高温側電極あるいは高温側電極付近の熱電変換部を指す。特に、ペルチェ素子として、少なくとも本発明の熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層され、異方性導電材料層が積層構造からはみ出してなる延在部を有し、延在部に電極を有する熱電変換素子を使用することにより上記熱電変換発電装置の動作を容易に実現化することが可能となる。
　また、上記の熱電変換発電装置に使用される熱電変換素子は、熱電変換素子に電荷輸送層を形成することで、高い電気伝導率と低い熱伝導率を同時に満たすことができる素子構造を実現させたものである。更に、断熱層を用いることでより低い熱伝導率を実現することができる。よって、従来の熱電変換素子に比べて熱電変換効率が非常に高い熱電変換素子を提供することが可能となり、高い熱電発電効率が実現できる。

　本発明の熱電変換発電装置は、本発明のペルチェ素子を使用することにより、熱電変換発電素子の低温作用部から吸熱しつつ、熱電変換発電素子の高温作用部に放熱することが容易にでき、熱電変換発電素子の高温作用部と低温作用部との間に安定した温度差を確保することができるようになる。従来、常温の空間において１０℃前後の温度差しかないような状況下では、高温作用部から低温作用部に熱伝導してきた熱量：Ｑ_Kは、低温作用部に蓄積されすぐに高温作用部と低温作用部の温度差がなくなってしまうため、常温の空間において温度差を利用する熱電変換発電を行うことは困難であった。しかし、本発明の熱電変換発電装置においては本発明のペルチェ素子を使用することにより、低温作用部に熱伝導してきた熱量：Ｑ_Kを再び高温作用部に戻してやることができるので、常温の空間において小さな温度差でもロスなく確実に温度差を利用して発電することが可能となる。

　従来の熱電変換素子では高温作用部から低温作用部に熱伝導する式（１）の熱量：Ｑ_Kを考慮して熱電変換素子の大面積化ができなかったが、本発明の構成の熱電変換発電装置では、高温作用部と低温作用部の温度差を確実に保持できるので熱電変換発電素子の大面積化が可能となる。よって、常温の空間において１０℃前後の温度差しかないような状況下でも、大面積化によって出力の高い熱電発電が可能となる。

　次に、図面を用いて、各実施形態に係る熱電変換素子について説明する。

〔実施形態１〕
　図１は本発明の実施形態１に係る熱電変換素子１Ａの上面図、断面図及び下面図である。図１において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図１に示すように、実施形態１に係る熱電変換素子１Ａは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２と略平行に配置された電極８Ａ，８Ｂ（第２又は第３電極）と、導電性基板２と電極８Ａとの間に配置されたｎ型熱電変換部１Ｎと、導電性基板２と電極８Ｂとの間に配置されたｐ型熱電変換部１Ｐとを備えている。より詳細には、本実施形態の熱電変換素子１Ａは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型及びｐ型熱電変換部１Ｎ、１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された第２電極８Ａ及びｐ型熱電変換部１Ｐ上に形成された第３電極８Ｂとで構成され、ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、第１異方性導電材料層５Ａの順で、ｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、第２異方性導電材料層５Ｂの順で、それぞれ導電性基板２上に積層されている。また、ｎ型熱電変換部６Ｎとｐ型熱電変換部６Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。

　この熱電変換素子１Ａは、ｐ型及びｎ型熱電変換部１Ｐ，１Ｎが導電性基板２を介して直列接続され、その両端に第２電極８Ａ，第３電極８Ｂが接続されているので、第２電極８Ａ，第３電極８Ｂとの間に直流電圧が印加され、電流が第２電極８Ａから導電性基板２を介して第３電極８Ｂの方向へ流れると、第２および第３電極８Ａ，８Ｂ側で発熱し、導電性基板２側で吸熱する（電流の向きが逆になれば、発熱と吸熱も逆になる）。
　ここで、本明細書において、その作用から前者を発熱作用部、後者を吸熱作用部と呼ぶ。また、例えば発電素子として使用する場合、第２および第３電極８Ａ，８Ｂ側を低温に、導電性基板２側を高温にすると、この熱電変換素子１Ａは、その温度差を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電するので、この作用から前者を低温作用部、後者を高温作用部とも呼ぶ。

　導電性基板（第１電極）２及び第２および第３電極８Ａ，８Ｂは、アルミ基板で構成されている。これらは、電極として機能するように十分な導電性を有する材料で形成されればよく、アルミのほか、例えば、銅、銀、白金等で形成される。また、導電性基板２、第１および第２電極８Ａ，８Ｂは、熱電変換素子で吸熱作用部または発熱作用部として機能するので、熱伝導率に優れる材料で形成する。銅基板を導電性基板２及び第２および第３電極８Ａ，８Ｂに用いた場合、例えば、導電性基板２は０．２～１．０ｍｍ程度の厚さで、第２および第３電極８Ａ，８Ｂは０．１～０．５ｍｍ程度の厚さで形成する。

　ｎ型熱電変換材料層３Ｎ及びｐ型熱電変換材料層３Ｐは、周知の熱電変換材料であれば特にその材質は制限されないが、５００Ｋ以下ではBi-Te系材料が好ましい。Bi-Te系材料には、ｎ型半導体の材料として、Bi₂Te₃やBiとTeにSeを加えたBi₂Te_3-XSe_X等があり、ｐ型半導体の材料として、Bi₂Te₃やBiとTeにSbを加えたBi_2-XSb_XTe₃等があるので、好ましくは、これらの材料でｎ型熱電変換材料層３Ｎ及びｐ型熱電変換材料層３Ｐを形成することが好ましい。実施形態１の熱電変換素子１Ａでは、Bi-Te系材料が用いられ、具体的には、ｎ型熱電変換材料層３ＮがBi₂Te_3-XSe_Xの材料で形成され、ｐ型熱電変換材料層３ＰがBi_2-XSb_XTe₃の材料で形成されている。なお、これらの熱電変換材料層は、焼結体を切り出した板状の熱電変換材料であっても良いし、多周知の蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法で形成された層であっても良い。また熱電変換材料をペースト化し、ペーストをスクリーン印刷法やドクターブレード法等により印刷し加熱することにより熱電変換材料層を形成してもよい。

　本実施形態において、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ及びｐ型熱電変換材料層３Ｐは、Bi-Te系材料の焼結体より切り出した基板を用いて形成する。例えば、Bi，Te，その他の添加物の粉末原料を混合して溶融し、溶融後できた母材を粉砕して、粉末状のBi-Te系材料の原料を得る。そのBi-Te系材料の原料から、ゾーンメルト法を用いてBi-Te系材料の焼結体を製造し、その焼結体を任意の大きさに切り出して基板を作製し、ｎ型熱電変換材料層又はｐ型熱電変換材料層とする。作製されるBi-Te系材料の基板は、例えば、１０ｍｍ程度の層厚で形成する。

　異方性導電材料層５Ａ，５Ｂは、グラファイトシート、あるいは低導電性材料層に高導電性材料をコートしたものを使用する。

　まず、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂが、グラファイトシートの場合について説明する。グラファイトシートは市販されている厚みは５０～３００μｍ程度のグラファイトシートを使用し、Bi-Te系材料の基板にグラファイトシートを接着する。接着方法は、グラファイトシートの接着面に、基板と同じ組成のBi-Te系材料を蒸着しBi-Te系材料の層を形成し、次いで上記Bi-Te系材料の基板に、グラファイトシートのBi-Te系材料の層が形成された面を密着させて熱圧着することにより接着する。
　以上の工程を、ｎ型のBi-Te系材料の基板、ｐ型のBi-Te系材料の基板、それぞれについて行い、ｎ型Bi-Te系材料層とグラファイト層からなるｎ型熱電変換部６Ｎと、ｐ型Bi-Te系材料層とグラファイト層からなるｐ型熱電変換部６Ｐとを作製する。

　次いで、第１および第２異方性導電材料層５Ａ，５Ｂが、低導電性材料層の表面に高導電性材料のコート層を形成したものを使用する場合について説明する。

　低導電性材料層は結着樹脂に電気伝導率が１～１０S／ｃｍ程度となるように導電材料を含ませたものである。導電材料は、ｎ型熱電変換部１Ｎには電子輸送材料を、ｐ型熱電変換部１Ｐには正孔輸送材料を使用することが好ましい。本実施形態では、例えば、結着樹脂としてポリカーボネート樹脂を使用し、樹脂中に含有させる電荷輸送材料としては、電子輸送材料としてジフェノキノン化合物（化１）を、正孔輸送材料としてヒゾラゾン系化合物（化２）を使用する。これらの材料をテトラヒドロフラン溶剤に溶解及び分散させて上記Bi-Te系材料の基板に塗布することにより形成する。低導電性材料層は、厚みが約１μｍ、電気伝導率が約５Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成する。

　続いて、形成された低導電性材料層の表面に高導電性材料のコート層を形成する。導電材料は、ｎ型熱電変換部１Ｎには電子輸送材料を、ｐ型熱電変換部１Ｐには正孔輸送材料を使用することが好ましい。本実施形態では、例えば、電子輸送材料としてAlq3（aluminato-tris-8B- ydoroxyquinolate：化３）を、正孔輸送材料としてNPP（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N- diphenyl-benzidene）を使用する。高導電性材料のコート層の形成は蒸着法で行う。コート層の厚みは約３００ｎｍで、面内の電気伝導率が３００S／ｃｍ以上となることを目標に形成される。

　以上の工程を、ｎ型のBi-Te系材料の基板、ｐ型のBi-Te系材料の基板、それぞれについて行い、ｎ型Bi-Te系材料層３Ｎと第１異方性導電材料層５Ａからなるｎ型熱電変換部１Ｎと、ｐ型Bi-Te系材料層３Ｐと第２異方性導電材料層５Ｂからなるｐ型熱電変換部１Ｐとを作製する。

　導電性基板および電極には、Ａｌ基板を使用しており、Ａｌ基板と熱電変換材料層或いは異方性導電材料層との接着は、各層の電極形成部分に銀ペーストを印刷して加熱後、銀ペースト上に半田をのせＡｌ基板を半田付けする。また、Ａｌ基板を熱電変換材料層に熱圧着する方法や、Ａｌ蒸着や導電性接着剤を使用することも可能である。ここで、第２電極８Ａは、第１異方性導電材料層５Ａ上の一部分に設けられ、第３電極８Ｂは、第２異方性導電材料層５Ｂ上の一部分に設けられる。
　なお、絶縁層９は、本実施形態ではグラスウール板が用いられている。この絶縁層９は、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを電気的に絶縁するための層であるので、必要な絶縁性を考慮して適宜周知の絶縁材料で形成すればよい。Ａｌ基板上にグラスウール板を接着するには、グラスウール板の接着面にＡｌペーストを塗布しその接着面をＡｌ基板に密着させて加熱することにより接着した。

　以上の工程により、実施形態１に係る熱電変換素子（図１）が製造される。
　実施形態１では、異方性導電材料の電気伝導率の異方性を利用することにより、図１に示すように，電極８Ａ，８Ｂの面積を小さくし、且つ導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂが上方から見た平面配置において重ならない部分を形成することができる。このため、発熱作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から吸熱作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が立体配置的に抑制されることになる。従って、本実施形態の熱電変換素子１Ａは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態２〕
　次に、実施形態２に係る熱電変換素子１Ｂについて説明する。図２は、本発明の実施形態２に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図２において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図２に示すように、電極の配置の例として挙げる熱電変換素子１Ｂは、実施形態１に係る熱電変換素子１Ａと同様のｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐを備えているが、導電性基板２及び電極８Ａ，８Ｂの配置が異なり、導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂとが上方から見た平面配置において互いに重なる部分がなく分離されて配置されている。
　本実施形態では、例えば、異方性導電材料として、熱電変換材料層よりも長く積層構造からはみ出した延在部を有する形状のグラファイトシートを使用する。ｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐに、延在部を有する異方性導電材料層５Ａ，５Ｂが設けられ、異方性導電材料層の延在部・上部に電極８Ａ，８Ｂが配置される。

　ここで延在部について説明する。図２（２）に示したように、第１異方性導電材料層５Ａは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと接触する側の第１主要面とそれに対面する側の第２主要面とを有している。ｎ型熱電変換材料層３Ｎは、第１主要面下の一部に設けられており、第１主要面には、ｎ型熱電変換材料層が設けられていない表面がある。この表面を有する第１異方性導電材料層５Ａの部分を延在部という。熱電変換素子１Ｂでは、第２主要面上の延在部に第２電極８Ａが設けられる。
　また、図２（２）に示したように、第２異方性導電材料層５Ｂは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと接触する側の第３主要面とそれに対面する側の第４主要面とを有している。ｐ型熱電変換材料層３Ｐは、第３主要面下の一部に設けられており、第３主要面には、ｐ型熱電変換材料層が設けられていない表面がある。この表面を有する第２異方性導電材料層５Ｂの部分を延在部という。熱電変換素子１Ｂでは、第４主要面上の延在部に第３電極８Ｂが設けられる。

　上記で説明したように、異方性導電材料層は、層（ａｂ面）ａｂ面内で高い電気伝導率を示し、厚み（ｃ軸）方向で低い電気伝導率を示す特性を有するので、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの延在部上に第２または第３電極８Ａ，８Ｂを形成することが可能となる。その結果、電極８Ａ，８Ｂの面積を小さくし、且つ導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂが上面からみた配置において互いに重ならないように形成することができ、発熱作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から吸熱作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が立体配置によって抑制されることになる。従って、本実施形態の熱電変換素子１Ｂは、高い熱電変換効率が実現できる。
　なお、図２の例における熱電変換部の作用効果は、実施形態１の熱電変換素子１Ａのそれと同様であり、その製造方法もほぼ同じである。

〔実施形態３〕
　次に、実施形態３に係る熱電変換素子１Ｃについて説明する。図３は、本発明の実施形態３に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図３において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図３に示すように、熱電変換素子１Ｃは、実施形態２に係る熱電変換素子１Ｂとほぼ同様の素子構造を有しており、電極８Ａ，８Ｂが配置される異方性導電材料層の面が異なるだけであり、異方性導電材料層の延在部・下部に電極８Ａ，８Ｂが配置される。

　上記で延在部について述べたが、図３（２）に示したように、熱電変換素子１Ｃでは、第１異方性導電材料層５Ａのｎ型熱電変換材料層３Ｎと接触する側の第１主要面下の延在部に第２電極８Ａが設けられる。
　また、図３（２）に示したように、熱電変換素子１Ｃでは、第２異方性導電材料層５Ｂのｐ型熱電変換材料層３Ｐと接触する側の第３主要面下の延在部に第３電極８Ｂが設けられる。

　異方性導電材料層の層面内における電気伝導率が、熱電変換材料層の電気伝導率に比べて一桁以上高い場合、熱電変換材料層の主要面の面積の大きさにも依存するが、熱電変換素子１Ｃの素子構造を実現することが可能となる。熱電変換材料にBi-Te系熱電変換材料を使用した場合、Bi-Te系熱電変換材料の電気伝導率は約１０００（Ｓ／ｃｍ）程度であるので、異方性導電材料の層面内方向での電気伝導率が１００００（Ｓ／ｃｍ）以上ある場合、熱電変換素子１Ｃの素子構造を採用しても良い。異方性導電材料層にグラファイトシートを使用する場合、天然黒鉛から製造したシートは層面内方向の電気伝導率が２０００～５０００（Ｓ／ｃｍ）程度であり、Bi-Te系熱電変換材料の電気伝導率と比べて大きな差異がなく熱電変換素子１Ｃの素子構造を採用することは困難である。一方、ポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させたＰＧＳグラファイトシートは層面内方向の電気伝導率が１００００～２５０００（Ｓ／ｃｍ）程度であり熱電変換素子１Ｃの素子構造を採用することができる。ただし、熱電変換材料層の主要面の面積が大きくなるほど異方性導電材料層の層面内における電気伝導率は高くなければならず、異方性導電材料層の層面内における電気伝導率に比べて熱電変換材料層の主要面の面積が大きすぎる場合、熱電変換材料層全体に電圧が負荷せずキャリアが移動できない領域が生じ、熱電変換効率の悪化を招く場合もある。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｃの素子構造は、熱電変換素子１Ｂの素子構造と比較して、電流は異方性導電材料の厚み分をキャリアが流れる必要がなくロスを低減できる効果がある。また、本実施形態においても、電極８Ａ，８Ｂの面積を小さくし、且つ導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂが上面からみた配置において互いに重ならないように形成することができ、発熱作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から吸熱作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が立体的配置によって抑制されることになる。従って、本実施形態の熱電変換素子１Ｃは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態４〕
　次に、実施形態４に係る熱電変換素子１Ｄについて説明する。図４は、本発明の実施形態４に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図４において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図４に示すように、本実施形態に係る熱電変換素子１Ｄは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びｐ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、下部電荷輸送層５Ｃ、空洞部分（空気層）、上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｃと上部電荷輸送層５Ｃとは絶縁層９の側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。ｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｄ、空洞部分（空気層）、上部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｄと上部電荷輸送層５Ｄとは絶縁層９の側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。

　本実施形態では、電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは、グラファイトシートを使用する。また、電荷輸送材料のコート層を使用することもできる。電荷輸送層にグラファイトシートを使用する場合、天然黒鉛から製造したシートは層面内方向の電気伝導率が２０００～５０００（Ｓ／ｃｍ）程度であり、ポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させたＰＧＳグラファイトシートは層面内方向の電気伝導率が１００００～２５０００（Ｓ／ｃｍ）程度であり、ポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させたＰＧＳグラファイトシートを使用することが好ましい。グラファイトシートの厚みは特に規定されるものではないが５０～３００μｍ程度の厚みのグラファイトシートを使用し、Bi-Te系材料の基板にグラファイトシートを接着する。接着方法は、グラファイトシートの接着面に、基板と同じ組成のBi-Te系材料のペーストを印刷してBi-Te系材料の層を形成し、次いで上記Bi-Te系材料の基板に、グラファイトシートのBi-Te系材料の層が形成された面を密着させて熱圧着することにより接着する。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｄにおいては、空洞部分（空気層）が形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が空洞部分（空気層）によって抑制される。また、下部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄと上部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは絶縁層９の側面で繋がる一つの層であり電荷輸送層５Ｃ，５Ｄにより十分な電気伝導性を確保している。この熱電変換素子においては、空洞部分（空気層）と電荷輸送層を利用して熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体的に離間させることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を確保することができる。結果として熱電変換素子１Ｄは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態５〕
　次に、実施形態５に係る熱電変換素子１Ｅについて説明する。図５は、本発明の実施形態５に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図５において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図５に示すように、本実施形態に係る熱電変換素子１Ｅは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びＰ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、下部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｃと上部電荷輸送層５Ｃとは断熱層４Ａの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。ｐ型熱電変換部１Ｐは、Ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、上部電荷輸送層５Ｄ、Ｐ型熱電変換材料層６Ｐの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｄと上部電荷輸送層５Ｄとは断熱層４Ｂの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。

　本実施形態では電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは、グラファイトシートを使用する。グラファイトシートとしてはポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させた厚み５０～３００μｍのグラファイトシートを使用することが好ましい。Bi-Te系材料の基板への接着方法は、グラファイトシートの接着面に、基板と同じ組成のBi-Te系材料のペーストを印刷してBi-Te系材料の層を形成し、次いで上記Bi-Te系材料の基板に、グラファイトシートのBi-Te系材料の層が形成された面を密着させて熱圧着することにより接着する。

　断熱層４Ａ，４Ｂに使用される具体的な材料としては、シリカ、多孔質シリカ、ガラス、ガラスウール、ロックウール、けいそう土、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、或いは中空粒子形状を有する無機粒子等があげられる。市販されているガラスウールやロックウールをフェノール樹脂やメラミン樹脂で固めた断熱基板を使用しても良い。断熱基板の厚みは１～２０ｍｍ程度である。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｅにおいては、断熱層４Ａ、４Ｂが形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が断熱層４Ａ、４Ｂによって抑制される。また、下部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄと上部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは断熱層４Ａ、４Ｂの側面で繋がるそれぞれ一つの層であり電荷輸送層５Ｃ，５Ｄにより十分な電気伝導性を確保している。この熱電変換素子においては、断熱層と電荷輸送層を利用して熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体的に離間させることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を確保することができる。結果として熱電変換素子１Ｅは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態６〕
　次に、実施形態６に係る熱電変換素子１Ｆについて説明する。図６は、本発明の実施形態６に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図６において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図６に示すように、本実施形態に係る熱電変換素子１Ｆは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びｐ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、下部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、第１異方性導電材料層５Ａの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｃと上部電荷輸送層５Ｃとは断熱層４Ａの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。異方性導電材料層５Ａは積層部分からはみ出した延在部を有しており、異方性導電材料層５Ａの延在部上に電極８Ａが配置される。ｐ型熱電変換部１Ｐは、Ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、上部電荷輸送層５Ｄ、Ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、第２異方性導電材料層５Ｂの順で導電性基板２上に積層されており、下部電荷輸送層５Ｄと上部電荷輸送層５Ｄとは断熱層４Ｂの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。異方性導電材料層５Ｂは積層部分からはみ出した延在部を有しており、異方性導電材料層５Ｂの延在部上に電極８Ｂが配置される。

　本実施形態６では異方性導電材料層５Ａ，５Ｂ、及び電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは、グラファイトシートを使用する。グラファイトシートとしてはポリイミド等の高分子シートをグラファイト化させた厚み５０～３００μｍのＰＧＳグラファイトシートを使用することが好ましい。Bi-Te系材料の基板への接着方法は、グラファイトシートの接着面に、基板と同じ組成のBi-Te系材料のペーストを印刷してBi-Te系材料の層を形成し、次いで上記Bi-Te系材料の基板に、グラファイトシートのBi-Te系材料の層が形成された面を密着させて熱圧着することにより接着する。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｆにおいては、断熱層４Ａ，４Ｂが形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が断熱層４Ａ，４Ｂによって抑制される。また、下部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄと上部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄは断熱層４Ａ，４Ｂの側面で繋がるそれぞれ一つの層であり電荷輸送層５Ｃ，５Ｄにより高い電気伝導性を確保している。この熱電変換素子においては、断熱層と電荷輸送層を利用して熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体的に離間させることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を確保することができる。また本実施形態においては、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂを形成しているので、電極８Ａ，８Ｂの面積を小さくし、且つ導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂが上面からみた配置において互いに重ならないように形成することができ、発熱作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から吸熱作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が立体的配置によって抑制されることになる。従って、本実施形態の熱電変換素子１Ｆは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態７〕
　次に、実施形態７に係る熱電変換素子１Ｇについて説明する。図７は、本発明の実施形態７に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図７において、（１）が上面図、（２）が上面図Ａ－Ａ線における断面図、（３）が下面図である。
　図７に示すように、実施形態７に係る熱電変換素子１Ｇは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びＰ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの順で、ｐ型熱電変換部１Ｐは、Ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、Ｐ型熱電変換材料層６Ｐの各層の順で、それぞれ導電性基板２上に積層されている。断熱層４Ａには貫通孔７Ａが、断熱層４Ｂには貫通孔７Ｂが形成されている。

　本実施形態では、上記の断熱材基板を使用して断熱層４Ａ，４Ｂを形成する。断熱材基板には、これらの層を貫通する貫通孔７Ａ，７Ｂが形成される。この貫通孔７Ａ，７Ｂは、断熱層４Ａ，４Ｂ全体にわたって一様に形成され（各層で複数形成され）、貫通孔の形成は機械的にドリル等で貫通孔を設けても良いし、レーザー光の照射で貫通孔を形成してもよい。貫通孔７Ａ，７Ｂの大きさは、例えば、厚さ１０ｍｍの断熱層４Ａ，４Ｂに対して直径２ｍｍの円筒形状の大きさであり、その平面的な分布は、約１００ｍｍ²の面積に対して１個の割合である。その形状は、例えば円筒状、あるいは角形状であっても良い。

　貫通孔の内側は、上記で説明した電荷輸送材料で埋められている。高導電性の電荷輸送材料を充填することにより、断熱層４Ａ，４Ｂを挟むように積層されているＮ型半導体層３Ｎ，６Ｎ間、及びＰ型半導体層３Ｐ，６Ｐ間の電気的接触を確保すると共に、熱電変換素子として高い電気伝導率を実現することが可能となる。電荷輸送材料としては、グラファイト、結晶性黒鉛、グラフェン、電子輸送材料、正孔輸送材料等を使用することができる。本実施形態では、アセチレンを原料として気相法で１０００℃～１５００℃の範囲で金属触媒を使用せずに分解・合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層を、断熱材基板の上面・下面、及び貫通孔内部にコートする。以上のように断熱層４Ａ，４Ｂに相当する電荷輸送材料がコートされた貫通孔を有する断熱材基板と、熱電変換材料の基板を積層することで本実施形態の熱電変換素子１Ｇを作製する。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｇにおいては、断熱層４Ａ，４Ｂが形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が断熱層４Ａ，４Ｂによって抑制される。また、断熱層４Ａ，４Ｂには貫通孔７Ａ，７Ｂが形成されており、貫通孔の内側は、高導電性の電荷輸送材料で埋められているため、熱電変換素子として高い電気伝導性を確保することができる。この熱電変換素子においては、前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を実現することができる。結果として熱電変換素子１Ｇは、高い熱電変換効率を示す。

〔実施形態８〕
　次に、実施形態８に係る熱電変換素子１Ｈについて説明する。図８は、本発明の実施形態８に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図８において、（１）が上面図、（２）が上面図におけるＡ－Ａ線断面図、（３）が下面図である。
　図８に示すように、実施形態８に係る熱電変換素子１Ｈは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐと、ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びｐ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、第１異方性導電材料層５Ａの順で導電性基板２上に積層されており、異方性導電材料層５Ａは積層部分からはみ出した延在部を有しており、異方性導電材料層５Ａの延在部上に電極８Ａが配置される。ｐ型熱電変換部１Ｐは、Ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、Ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、第２異方性導電材料層５Ｂの順で導電性基板２上に積層されており、異方性導電材料層５Ｂは積層部分からはみ出した延在部を有しており、異方性導電材料層５Ｂの延在部上に電極８Ｂが配置される。また、断熱層４Ａには貫通孔７Ａが、断熱層４Ｂには貫通孔７Ｂが形成されている。

　本実施形態では、上記の断熱材基板を使用して断熱層４Ａ，４Ｂを形成する。貫通孔７Ａ，７Ｂについては実施形態７に記載したとおりである。本実施形態では、アセチレンを原料として気相法で１０００℃～１５００℃の範囲で金属触媒を使用せずに分解・合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層を、断熱材基板の上面・下面、及び貫通孔内部にコートする。以上のように断熱層４Ａ，４Ｂに相当する電荷輸送材料がコートされた貫通孔を有する断熱材基板と、熱電変換材料の基板を積層することで本実施形態の熱電変換素子１Ｈを作製する。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｈにおいても、断熱層４Ａ，４Ｂが形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が断熱層４Ａ，４Ｂによって抑制される。また、断熱層４Ａ，４Ｂには貫通孔７Ａ，７Ｂが形成されており、貫通孔の内側は、高導電性の電荷輸送材料で埋められているため、熱電変換素子として高い電気伝導性を確保することができる。この熱電変換素子においては、前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を実現することができる。また本実施形態においては、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂを形成しているので、電極８Ａ，８Ｂの面積を小さくし、且つ導電性基板２と電極８Ａ，８Ｂが上面からみた配置において互いに重ならないように形成することができ、発熱作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から吸熱作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が立体的配置によって抑制されることになる。従って、本実施形態の熱電変換素子１Ｈは、高い熱電変換効率が実現できる。

〔実施形態９〕
　次に、実施形態９に係る熱電変換素子１Ｉについて説明する。図９は、本発明の実施形態９に係る熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図９において、（１）が上面図、（２）が上面図におけるＡ－Ａ線断面図、（３）が下面図である。
図９に示すように、本実施形態に係る熱電変換素子１Ｉは、実施形態７の熱電変換素子１Ｇとほぼ同様の構成であるが、熱電変換素子１Ｇの断熱層４Ａ，４Ｂが、熱電変換素子１Ｉでは多孔質の断熱材料で形成された断熱層４Ｃ，４Ｄになっており、断熱層４Ｃ，４Ｄには貫通孔７Ａ，７Ｂが形成されていない点が異なる。

　多孔質材からなる断熱層４Ｃ，４Ｄは、断熱材料と樹脂粒子を混合したペーストを作製し、ステンレスよりなる剥離基板に印刷後、加熱することで樹脂粒子を燃焼消失させ、剥離基板から剥離することで断熱層４Ｃ，４Ｄに相当する断熱材基板が形成される。本実施形態では、グラスウール基板を粉砕した断熱材粉末（平均粒径：約１０μｍ）とポリメチルメタクリレート（平均粒径：約１０μｍ、東洋紡社製）を混合後、有機溶媒を加えて混練して断熱層形成用ペースト１を作製した。下記に断熱層形成用ペースト１の配合を示す。ステンレスよりなる剥離基板に断熱層形成用ペースト１を塗布印刷し、４００℃で加熱してポリメチルメタクリレート粒子を燃焼消失させて多孔質の断熱材基板を形成する。断熱層４Ｃ，４Ｄに相当する多孔質の断熱材基板の厚みは１０ｍｍ程度になるように形成した。

〔断熱層形成用ペースト１の配合（重量部）〕
・グラスウール基板の断熱材粉末：１００部
・メラミン樹脂：６０部
・ポリメチルメタクリレート：４０部
・テレピネオール：１５部
・エチルセルロース：５部

　多孔質の断熱材基板の孔部分に電荷輸送材料を充填する。電荷輸送材料としては、グラファイト、結晶性黒鉛、グラフェン、電子輸送材料、正孔輸送材料等を使用することができる。本実施例では、気相法によりアセチレンを原料として１０００℃～１５００℃の範囲で金属触媒を使用せずに合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層を、断熱材基板の上面・下面、及び孔内部にコートする。
　以上のように断熱層４Ｃ，４Ｄに相当する電荷輸送材料がコートされた多孔質の断熱材基板と、熱電変換材料の基板を積層することで本実施形態の熱電変換素子１Ｉを作製する。

　本実施形態の熱電変換素子１Ｉにおいては、多孔質の断熱層４Ｃ，４Ｄが形成されており、高温作用部（電極８Ａ，８Ｂの領域）から低温作用部（導電性基板２の領域）への熱伝導が断熱層４Ｃ，４Ｄによって抑制される。また、断熱層４Ｃ，４Ｄの孔部分に高導電性の電荷輸送材料が充填されているため、熱電変換素子として高い電気伝導性を確保することができる。この熱電変換素子においては、前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせることができ、高い電気伝導性と低い熱伝導性を実現することができる。結果として熱電変換素子１Ｉは、高い熱電変換効率を示す。

〔比較形態１〕
　図１６は比較形態１に係る従来の熱電変換素子の上面図、断面図及び下面図である。図１６において、（１）が上面図、（２）が上面図におけるＡ－Ａ線断面図、（３）が下面図である。図１６に示すように、比較形態１に係る熱電変換素子１Ｑは、導電性基板２（第１電極）と、導電性基板２上に形成されたＮ型熱電変換材料層３ＮよりなるＮ型熱電変換部１Ｎ、及びＰ型熱電変換材料層３ＰよりなるＰ型熱電変換部１Ｐと、Ｎ型熱電変換部１Ｎ上に形成された電極８Ａ及びＰ型熱電変換部１Ｐ上に形成された電極８Ｂ（第２及び第３電極）とで構成されている。また、Ｎ型熱電変換部１ＮとＰ型熱電変換部１Ｐは、絶縁層９（絶縁体）を挟み、互いに離れて配置されている。熱電変換素子１Ｑは、従来の素子構造の熱電変換素子であり、電荷輸送層は有さない。

　上記で説明した実施形態１～９の熱電変換素子は、単独で使用されるだけでなく、複数で使用されてもよい。例えば、複数の熱電変換素子が組みあわさって、熱電変換発電装置を構成してもよい。

〔実施形態１０〕
　次に、実施形態１０に係る熱電変換発電装置について説明する。図１０は、本発明の実施形態１０に係る熱電変換発電装置（複数の熱電変換素子を備える装置）の断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係る熱電変換発電装置１Ｊは、従来の素子構造を有する熱電変換素子１Ｑと、さらに別の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂとで構成されている。ここで、熱電変換素子１Ｑは発電に寄与する熱電変換発電素子であり、熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂは熱電変換素子１Ｑを効率よく発電させるためのペルチェ素子である。

　ここで熱電変換素子１Ｑは、図１６に示されるように、上記の比較形態１で説明した従来の素子構造の熱電変換発電素子である。第１の電極である導電性基板２の下部に、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐが配置されており、ｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐの下部に第２の電極８Ａ及び第３の電極８Ｂが形成されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎのみからなり、ｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐのみからなる。熱電変換素子１Ｑは、導電性基板２が高温作用部として働き、第２、第３の電極８Ａ，８Ｂが低温作用部として働き、高温作用部と低温作用部の温度差を利用して発電を行う。

　熱電変換発電装置１Ｊは、第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂが、熱電変換発電素子１Ｑに接して配置された構成である。ここで、第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂは、実施形態２の熱電変換素子１Ｂ（図２）と同じ構造の熱電変換素子である。なお、図１４に、第２の熱電変換素子１０Ａの斜視図を示す。図２の熱電変換素子１Ｂの導電性基板２に相当するのが、図１０の電極１０ＡＬ，１０ＢＬであり、熱電変換発電素子１Ｑの電極８Ａ，８Ｂに接して配置されている。そして、図１０の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂは、電極１０ＡＬ，１０ＢＬの下部に順に熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層されている。その異方性導電材料層は熱電変換材料層とは接触せず積層構造からはみ出した延在部１０ＡＧ，１０ＢＧを有し、延在部１０ＡＧ，１０ＢＧは、異方性導電材料層の積層面から、熱電変換発電素子１ＱのＮ型熱電変換材料３Ｎ、Ｐ型熱電変換材料３Ｐの側方に沿って延び、さらに、導電性基板２上方まで延びている。そして電極１０ＡＨ，１０ＢＨ（図２の熱電変換素子１Ｂの電極８Ａ，８Ｂに対応）は、熱電変換発電素子１Ｑの導電性基板２に接触する構成で、その延在部の端部上方に配置されている。

　なお、熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ電極を有するが、これらの電極の表面は絶縁物でカバーされており、接触する他の素子や電極、あるいは接触する対象物との電気的接触はない。ペルチェ素子として熱の出入りが生じるだけである。

　ペルチェ素子である第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂにおいて、電極１０ＡＬ，１０ＢＬは吸熱作用部として働き、電極１０ＡＨ，１０ＢＨは発熱作用部として働く。吸熱作用部である電極１０ＡＬ，１０ＢＬが、熱電変換発電素子１Ｑの低温作用部である電極８Ａ，８Ｂに接して配置されているため、熱電変換発電素子１Ｑの高温作用部から低温作用部へ熱伝導してきた熱量は低温作用部に蓄積されることなく電極１０ＡＬ，１０ＢＬに吸熱される。よって、低温作用部を低温に保持することが可能となる。一方、発熱作用部である電極１０ＡＨ，１０ＢＨは、熱電変換発電素子１Ｑの高温作用部である導電性基板２に接して配置されているため、電極１０ＡＬ，１０ＢＬで吸熱された熱量が、電極１０ＡＨ，１０ＢＨを通して熱電変換発電素子１Ｑの高温作用部に放熱される。よって、高温作用部から低温作用部へ熱伝導することで失われた熱量を取り戻すことができ、高温作用部を高温に保持することが可能となる。これらの作用により熱電変換発電素子１Ｑの高温作用部と低温作用部の温度差が保持されるため、熱電変換発電素子１Ｑは効率の高い発電を持続的に行うことができる。

　また、本実施形態の熱電変換発電装置１Ｊにおいて、熱電発電素子１Ｑの高温作用部から低温作用部へ熱伝導する熱量：Ｑ_kは、ペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂによって熱電発電素子１Ｑに対しほぼ完結した循環を成しているので、熱電発電素子１Ｑは熱量：Ｑ_kを考慮した素子構造である必要がなく大面積化が図れる。大面積化を図ることでより発電量の大きい熱電変換発電を行うことができる。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｊは、高温作用部と低温作用部にΔＴの温度差がある場合、熱電変換発電素子１Ｑはその温度差に比例して熱起電力を発生し、出力：Ｐoutが得られるが、同様に、温度差に比例して高温作用部から低温作用部へ熱伝導する熱量：Ｑ_kが生じ、このＱ_kを低温作用部から高温作用部に戻すために第２、第３の熱電変換素子（ペルチェ素子）１０Ａ，１０Ｂを駆動する入力：Ｐinが必要となる。熱量：Ｑ_kは熱電変換材料の熱伝導率や温度差：ΔＴに依存するが、熱電変換材料にBi-Te系材料を使用した場合、ΔＴ：３５０（Ｋ）における出力：Ｐoutを１００％として、入力：Ｐinは８５％程度となる。熱電変換発電装置１Ｊは高温作用部と低温作用部の温度差：ΔＴを保持できるので、結果として、出力：Ｐoutの１５％程度の出力を持続的に得ることができる。また、熱電変換発電装置１Ｊの熱電変換発電素子１Ｑは、従来の熱電変換素子と同じ素子構造ではあるが、ペルチェ素子として働く熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂの作用により熱電変換発電素子１Ｑの高温作用部と低温作用部の温度差が保持されるため、大面積化が可能であり広い面積で温度差を利用することができる。

〔実施形態１１〕
　次に、実施形態１１に係る熱電変換発電装置について説明する。図１１は、本発明の実施形態１１に係る熱電変換発電装置の断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係る熱電変換発電装置１Ｋは、その構成が実施形態１０の熱電変換発電装置１Ｊとほぼ同じである。本実施形態の熱電変換発電装置１Ｋは、発電素子として使用される本発明の熱電変換素子１Ｄ（実施形態４の熱電変換素子）と、ペルチェ素子として使用される本発明の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂ（実施形態３の熱電変換素子）とで構成される。

　発電素子として使用される熱電変換素子１Ｄは、図４に示されるように、上記の実施形態４で説明した本発明の素子構造の熱電変換発電素子である。第１の電極である導電性基板２の下部に、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐが配置されており、ｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐの下部に第２の電極８Ａ及び第３の電極８Ｂが形成されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、上部電荷輸送層５Ｃ、空洞部分（空気層）、下部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの順で積層されており、上部電荷輸送層５Ｃと下部電荷輸送層５Ｃとは絶縁層９の側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。ｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、上部電荷輸送層５Ｄ、空洞部分（空気層）、下部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの順で積層されており、上部電荷輸送層５Ｄと下部電荷輸送層５Ｄとは絶縁層９の側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。以上のような素子構造を有する熱電変換発電素子１Ｄである。本実施形態では熱電変換発電素子１Ｄは、導電性基板２が高温作用部として働き、第２、第３の電極８Ａ，８Ｂが低温作用部として働き、高温作用部と低温作用部の温度差を利用して発電を行う。

　熱電変換発電装置１Ｋは、第２、第３の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂが、熱電変換発電素子１Ｄに接して配置された構成である。ここで、第２、第３の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂは、実施形態３の熱電変換素子１Ｃ（図３）と同じ構造の熱電変換素子である。図３の熱電変換素子１Ｃの導電性基板２に相当するのが、図１１の電極２０ＡＬ，２０ＢＬであり、熱電変換発電素子１Ｄの第２、第３の電極８Ａ，８Ｂに接して配置されている。そして、図１１の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂは、電極２０ＡＬ，２０ＢＬの下部に順に熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層されている。（図１４：第２の熱電変換素子１０Ａの斜視図を参照。）その異方性導電材料層は熱電変換材料層とは接触せず積層構造からはみ出した延在部２０ＡＧ，２０ＢＧを有し、延在部２０ＡＧ，２０ＢＧは、異方性導電材料層の積層面から、熱電変換発電素子１Ｄのｎ型熱電変換部６Ｎ、ｐ型熱電変換部６Ｐの側方に沿って延び、さらに、導電性基板２上方まで延びている。そして電極２０ＡＨ，２０ＢＨ（図３の熱電変換素子１Ｃの電極８Ａ，８Ｂに対応）は、熱電変換発電素子１Ｄの導電性基板２に接触する構成で、その延在部の端部下方に配置されている。

　なお、熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ電極を有するが、これらの電極の表面は絶縁物でカバーされており、接触する他の素子や電極、あるいは接触する対象物との電気的接触はない。ペルチェ素子として熱の出入りが生じるだけである。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｋは、高温作用部と低温作用部にΔＴの温度差がある場合、熱電変換発電素子１Ｄはその温度差に比例して熱起電力を発生し、出力：Ｐoutが得られるが、同様に、温度差に比例して高温作用部から低温作用部へ熱伝導する熱量：Ｑ_kが生じ、このＱ_kを低温作用部から高温作用部に戻すために第２、第３の熱電変換素子（ペルチェ素子）２０Ａ，２０Ｂを駆動する入力：Ｐinが必要となる。熱量：Ｑ_kは熱電変換材料の熱伝導率や温度差：ΔＴに依存するが、本発明の熱電変換発電素子１Ｄは、空洞部分（空気層）と電荷輸送層を利用して熱量：Ｑ_kを大きく抑制することができる。熱電変換発電素子１Ｄの電荷輸送層にＰＧＳグラファイトシートを使用した場合、ΔＴ：３５（Ｋ）における出力：Ｐoutを１００％として、入力：Ｐinは５０％程度となる。熱電変換発電装置１Ｋは高温作用部と低温作用部の温度差：ΔＴを保持できるので、結果として、出力：Ｐoutの５０％程度の出力を持続的に得ることができる。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｋにおいても、ペルチェ素子として働く熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂの作用により熱電変換発電素子１Ｄの高温作用部と低温作用部の温度差が保持されるため、熱電変換発電素子１Ｄは大面積化が図れ、且つ効率の高い発電を持続的に行うことができる。

〔実施形態１２〕
　次に、実施形態１２に係る熱電変換発電装置について説明する。図１２は、本発明の実施形態１２に係る熱電変換発電装置の断面図である。図１２に示すように、本実施形態に係る熱電変換発電装置１Ｌは、その構成が実施形態１０の熱電変換発電装置１Ｊとほぼ同じである。本実施形態の熱電変換発電装置１Ｌは、発電素子として使用される本発明の熱電変換素子１Ｅ（実施形態５の熱電変換素子）と、ペルチェ素子として使用される本発明の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂ（実施形態６の熱電変換素子）とで構成される。

　熱電変換素子１Ｅは、図５に示されるように、上記の実施形態５で説明した本発明の素子構造の熱電変換発電素子である。第１の電極である導電性基板２の下部に、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部及１Ｎびｐ型熱電変換部１Ｐが配置されており、ｎ型熱電変換部１Ｎ及びｐ型熱電変換部１Ｐの下部に第２の電極８Ａ及び第３の電極８Ｂが形成されている。ｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、上部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、下部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの順で積層されており、上部電荷輸送層５Ｃと下部電荷輸送層５Ｃとは断熱層４Ａの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。ｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、上部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、下部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの順で積層されており、上部電荷輸送層５Ｄと下部電荷輸送層５Ｄとは断熱層４Ｂの側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。以上のような素子構造を有する熱電変換発電素子１Ｅである。本実施形態では熱電変換発電素子１Ｅは、導電性基板２が高温作用部として働き、第２、第３の電極８Ａ，８Ｂが低温作用部として働き、高温作用部と低温作用部の温度差を利用して発電を行う。

　熱電変換発電装置１Ｌは、第２、第３の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂが、熱電変換発電素子１Ｅに接して配置された構成である。ここで、第２、第３の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂは、実施形態６の熱電変換素子１Ｆ（図６）と同じ構造の熱電変換素子である。なお、図１５に、第２の熱電変換素子３０Ａの斜視図を示す。図６の熱電変換素子１Ｆの導電性基板２に相当するのが、図１２の電極３０ＡＬ，３０ＢＬであり、熱電変換発電素子１Ｅの電極８Ａ，８Ｂに接して配置されている。そして、図１２の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂは、電極３０ＡＬ，３０ＢＬの下部に熱電変換材料層、上部電荷輸送層、断熱層、下部電荷輸送層、熱電変換材料層、異方性導電材料層が順に積層されており、上部電荷輸送層と下部電荷輸送層とは断熱層の側面で繋がる一つの層であり電気的接触が取れるように配置されている。また、異方性導電材料層は熱電変換材料層とは接触せず積層構造からはみ出した延在部３０ＡＧ，３０ＢＧを有し、延在部３０ＡＧ，３０ＢＧは、異方性導電材料層の積層面から、熱電変換発電素子１Ｅのｎ型熱電変換材料６Ｎ，３Ｎ、ｐ型熱電変換材料６Ｐ，３Ｐの側方に沿って延び、さらに、導電性基板２側方、及び対象物の側方に沿って延び、さらに、対象物上方まで延びている。そして電極３０ＡＨ，３０ＢＨ（図６の熱電変換素子１Ｅの電極８Ａ，８Ｂに対応）は、熱だめとなる対象物に接触する構成で、その延在部の端部上方に配置されている。

　なお、熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ電極を有するが、これらの電極の表面は絶縁物でカバーされており、接触する他の素子や電極、あるいは接触する対象物との電気的接触はない。ペルチェ素子として熱の出入りが生じるだけである。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｌは、高温作用部と低温作用部にΔＴの温度差がある場合、熱電変換発電素子１Ｅはその温度差に比例して熱起電力を発生し、出力：Ｐoutが得られるが、同様に、温度差に比例して高温作用部から低温作用部へ熱伝導する熱量：Ｑ_kが生じ、このＱ_kを低温作用部から高温作用部に戻すために第２、第３の熱電変換素子（ペルチェ素子）３０Ａ，３０Ｂを駆動する入力：Ｐinが必要となる。熱量：Ｑ_kは熱電変換材料の熱伝導率や温度差：ΔＴに依存するが、本発明の熱電変換発電素子１Ｅは、断熱層と電荷輸送層を利用して熱量：Ｑ_kを大きく抑制することができる。熱電変換発電素子１Ｅの電荷輸送層にＰＧＳグラファイトシートを使用した場合、ΔＴ：３５（Ｋ）における出力：Ｐoutを１００％として、入力：Ｐinは５０％程度となる。熱電変換発電装置１Ｌは高温作用部と低温作用部の温度差：ΔＴを保持できるので、結果として、出力：Ｐoutの５０％程度の出力を持続的に得ることができる。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｌにおいても、ペルチェ素子として働く熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂの作用により熱電変換発電素子１Ｅの高温作用部と低温作用部の温度差が保持されるため、熱電変換発電素子１Ｅは大面積化が図れ、且つ効率の高い発電を持続的に行うことができる。

〔実施形態１３〕
　次に、実施形態１３に係る熱電変換発電装置について説明する。図１３は、本発明の実施形態１３に係る熱電変換発電装置の断面図である。図１３に示すように、本実施形態に係る熱電変換発電装置１Ｍは、その構成が実施形態１０の熱電変換発電装置１Ｊとほぼ同じである。本実施形態の熱電変換発電装置１Ｍは、発電素子として使用される本発明の熱電変換素子１Ｇ（実施形態７の熱電変換素子）と、ペルチェ素子として使用される本発明の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂ（実施形態８の熱電変換素子）とで構成される。

　熱電変換素子１Ｇは、図７に示されるように、上記の実施形態７で説明した本発明の素子構造の熱電変換発電素子である。第１の電極である導電性基板２の下部に、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎよりなるｎ型熱電変換部と、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐよりなるｐ型熱電変換部が形成されており、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの下部に第２，第３の電極８Ａ，８Ｂが形成されている素子構造の熱電変換発電素子である。断熱層４Ａには貫通孔７Ａが、断熱層４Ｂには貫通孔７Ｂが形成されており、貫通孔の内側は、高導電性の電荷輸送材料で充填されている。本実施形態では熱電変換発電素子１Ｇは、導電性基板２が高温作用部として働き、第２、第３の電極８Ａ，８Ｂが低温作用部として働き、高温作用部と低温作用部の温度差を利用して発電を行う。

　熱電変換発電装置１Ｍは、第２、第３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂが、熱電変換発電素子１Ａに接して配置された構成である。ここで、第２、第３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂは、実施形態８の熱電変換素子１Ｈ（図８）と同じ構造の熱電変換素子である。図８の熱電変換素子１Ｈの導電性基板２に相当するのが、図１３の電極４０ＡＬ，４０ＢＬであり、熱電変換発電素子１Ｇの電極８Ａ，８Ｂに接して配置されている。そして、図１３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂは、電極４０ＡＬ，４０ＢＬの下部に順に熱電変換材料層、断熱層、熱電変換材料層、異方性導電材料（グラファイト）層が積層されている。（図１５：第２の熱電変換素子３０Ａの斜視図を参照。）その異方性導電材料（グラファイト）層は熱電変換材料層とは接触せず積層構造からはみ出した延在部４０ＡＧ，４０ＢＧを有し、延在部４０ＡＧ，４０ＢＧは、異方性導電材料（グラファイト）層の積層面から、熱電変換発電素子１Ｇの断熱層４Ａ，４Ｂの側方に沿って延び、さらに、導電性基板２上方まで延びている。そして電極４０ＡＨ，４０ＢＨ（図８の熱電変換素子１Ｈの電極８Ａ，８Ｂに対応）は、熱電変換発電素子１Ｇの導電性基板２に接触する構成で、その延在部の端部上方に配置されている。

　なお、熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂは、それぞれ電極を有するが、これらの電極の表面は絶縁物でカバーされており、接触する他の素子や電極、あるいは接触する対象物との電気的接触はない。ペルチェ素子として熱の出入りが生じるだけである。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｍは、高温作用部と低温作用部にΔＴの温度差がある場合、熱電変換発電素子１Ｇはその温度差に比例して熱起電力を発生し、出力：Ｐoutが得られるが、同様に、温度差に比例して高温作用部から低温作用部へ熱伝導する熱量：Ｑ_kが生じ、このＱ_kを低温作用部から高温作用部に戻すために第２、第３の熱電変換素子（ペルチェ素子）４０Ａ，４０Ｂを駆動する入力：Ｐinが必要となる。熱量：Ｑ_kは熱電変換材料の熱伝導率や温度差：ΔＴに依存するが、本発明の熱電変換発電素子１Ｇは、断熱層と電荷輸送層を利用して熱量：Ｑ_kを大きく抑制することができる。熱電変換発電素子１Ｇの電荷輸送層にＣＶＤ法で形成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層を使用した場合、ΔＴ：３５（Ｋ）における出力：Ｐoutを１００％として、入力：Ｐinは５０％程度となる。熱電変換発電装置１Ｋは高温作用部と低温作用部の温度差：ΔＴを保持できるので、結果として、出力：Ｐoutの５０％程度の出力を持続的に得ることができる。

　本実施形態の熱電変換発電装置１Ｍにおいても、ペルチェ素子として働く熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂの作用により熱電変換発電素子１Ｇの高温作用部と低温作用部の温度差が保持されるため、熱電変換発電素子１Ｇは大面積化が図れ、且つ効率の高い発電を持続的に行うことができる。

〔熱電変換部の作製と評価〕
　まず、熱電変換素子として評価する前に、ｎ型熱電変換部、ｐ型熱電変換部の性能（熱電特性）の評価を行った。
性能評価用の試料は、Bi-Te系材料の基板を使用して製造したｎ型，ｐ型熱電変換部を、必要な寸法に切り出して研磨し評価用試料を作製した。ｎ型，ｐ型熱電変換部の評価用試料のサイズは、熱電特性評価試料：角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ１０ｍｍ～１１ｍｍ程度、熱伝導率測定試料：角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍ～１１ｍｍ程度とした。

〔第１評価用熱電変換部の作製〕
　異方性導電材料層としてグラファイトシートを使用する実施形態１（図１参照）のｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部を以下の工程で作製した。

　まず、Bi-Te系熱電変換材料の基板を作製した。ｎ型熱電変換材料としてBi₂Te_2.7Se_0.3の組成で調整した原料を、ｐ型熱電変換材料としてBi_0.5Sb_1.5Te₃の組成で調整した原料を、それぞれ使用した。Bi，Te，その他の添加物の粉末原料を混合して溶融し、溶融後できた母材を粉砕して、粉末状のｎ型若くはｐ型熱電変換材料の原料を得た。そして、得られた粉末を板状の整形部材に加圧して詰め、ゾーンメルト法を用いて溶融温度５５０～６５０℃程度で再溶融したあと、３５０～４５０℃で５時間焼鈍し焼結体を製造した。製造した焼結体を切り出して、角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのBi-Te系熱電変換材料の基板を製造した。

　次に、角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（大塚電機社製）を使用し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを積層した。グラファイトシートの接着面に、Bi-Te系材料の基板と同じ組成のBi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。

　以上の工程で、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐと異方性導電材料層５Ａ，５Ｂよりなる２層構造のｎ型とｐ型の熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。熱電変換部１Ｎ，１Ｐを、上記の熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料のサイズに切り出して切削面を研磨し第１評価用熱電変換部を作製し、それぞれの評価用熱電変換部の下部と上部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け評価用試料とした。

〔第２評価用熱電変換部の作製〕
　異方性導電材料層として電荷輸送材料を使用する実施形態１（図１参照）のｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部を以下の工程で作製した。

　第１評価用熱電変換部と同様にして製造した角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのBi-Te系熱電変換材料の基板に、下記の組成で調整した低導電性材料層形成溶液をスピンコート法で塗布し、２００℃で６０分乾燥・焼成して溶剤を除去し、厚み約１μｍの低導電性材料層を形成した。低導電性材料層の電気伝導率は約５Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成している。

（ｎ型熱電変換部の低導電性材料層形成溶液）
　・ポリカーボネート樹脂：１００部
　・ジフェノキノン化合物（化１）：１５部
　・テトラヒドロフラン溶剤：３００部

　（ｐ型熱電変換部の低導電性材料層形成溶液）
　・ポリカーボネート樹脂：１００部
　・ヒゾラゾン系化合物（化２）：２０部
　・テトラヒドロフラン溶剤：３００部

　続いて、形成された低導電性材料層の表面に高導電性材料層を形成するために、電荷輸送材料を抵抗加熱蒸着法でコートした。ｎ型熱電変換部１Ｎには電子輸送材料：Alq3（aluminato-tris-8B-ydoroxyquinolate：化３）を電荷輸送材料として使用し、ｐ型熱電変換部１Ｐには正孔輸送材料：NPP（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）を電荷輸送材料として使用した。コート層の厚みは約３００ｎｍで、面内の電気伝導率は約３００S／ｃｍとなることを目標に形成した。

　以上の工程で、それぞれ熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐと異方性導電材料層５Ａ，５Ｂよりなる２層構造のｎ型とｐ型の熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。熱電変換部１Ｎ，１Ｐを、上記の熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料のサイズに切り出して切削面を研磨し第１評価用熱電変換部を作製し、それぞれの評価用熱電変換部の下部と上部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け評価用試料とした。

〔第３評価用熱電変換部の作製〕
　電荷輸送層としてグラファイトシートを使用する実施形態４（図４参照）のｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐを以下の工程で作製した。

　まず、第１評価用熱電変換部と同様にして角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ２．５ｍｍのBi-Te系熱電変換材料の基板を製造し、上記の熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ２．５ｍｍ基板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ２．５ｍｍの基板に切り出して、それぞれ熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐを用意した。

　次に、Bi-Te系材料のペーストを作製した。Bi-Te系材料のペーストは、上記Bi-Te系材料の母材を粉砕したBi-Te系材料粉末（平均粒径：約５μｍ）を使用してペースト化したものであり、ｎ型熱電変換材料としてBi₂Te_2.7Se_0.3の組成で調整したBi-Te系熱電変換材料粉末を、ｐ型熱電変換材料としてBi_0.5Sb_1.5Te₃の組成で調整したBi-Te系熱電変換材料粉末をそれぞれ使用した。下記にBi-Te系材料のペーストの配合を示す。

〔Bi-Te系材料層形成用ペーストの配合（重量部）〕
・Bi-Te系材料粉末：１００部
・テレピネオール：１０部
・エチルセルロース：３部

　熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれの熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ上に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×４５ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍｍ×１０５ｍｍさ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）をそれぞれ積層する。グラファイトシートの接着面に、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐと同じ組成の上記のBi-Te系材料のペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐとグラファイトシートを接着した。

　続いて上記のBi-Te系熱電変換材料の基板を、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ２．５ｍｍ基板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ２．５ｍｍの基板に切り出して、それぞれ熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを用意し、熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、上部グラファイト層５Ｃ，５Ｄの上面に相当するグラファイトシートの端部上面に熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを積層した。グラファイトシートの接着面に、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐと同じ組成の上記のBi-Te系材料のペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて、グラファイトシートと熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを接着した。

　続いて図４の絶縁層９に相当する、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×５ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍｍ×５ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、図４のように、グラスウール板と、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐの側面、グラファイトシート、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの側面をそれぞれ接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用し、同ペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて接着した。

　以上の工程で、熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄ、空洞部分（空気層）、上部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄ、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの５層構造のｎ型とｐ型の熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。熱電変換部１Ｎ，１Ｐの下部と上部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍと、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け評価用試料とした。

〔第４評価用熱電変換部の作製〕
　電荷輸送層としてグラファイトシートを使用する実施形態５（図５参照）のｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐを以下の工程で作製した。

　熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、図５の断熱層４Ａ，４Ｂに相当する、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ５ｍｍの板状のグラスウール板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ５ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、図５のようにグラスウール板の側面・上面に前記グラファイトシートを接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用し、同ペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて接着した。

　次に、上記のBi-Te系熱電変換材料の基板を、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ２．５ｍｍ基板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ２．５ｍｍの基板に切り出して、それぞれ熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを用意し、熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、グラファイト層５Ｃ，５Ｄの上面に相当するグラファイトシートの端部上面に熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを積層した。グラファイトシートの接着面に、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐと同じ組成の上記のBi-Te系材料のペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて、グラファイトシートと熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐを接着した。

　以上の工程で、熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄ、断熱層４Ａ，４Ｂ、上部電荷輸送層５Ｃ，５Ｄ、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの５層構造のｎ型とｐ型の熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。熱電変換部１Ｎ，１Ｐの下部と上部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍと、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け評価用試料とした。

〔第５評価用熱電変換部の作製〕
　貫通孔を形成した断熱材層を使用する実施形態７（図７参照）のｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐを以下の工程で作製した。

　まず、第１評価用熱電変換部と同様にして角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ２．５ｍｍのBi-Te系熱電変換材料の基板を製造し、上記の熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ２．５ｍｍ基板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ２．５ｍｍの基板に切り出して、それぞれ熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ，６Ｎ，６Ｐを用意した。

　熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、図７の断熱層４Ａ，４Ｂに相当する、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ５ｍｍの板状のグラスウール板と、熱伝導率測定試料用の角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ５ｍｍの板状のグラスウール板を用意した。グラスウール板の全面に、φ１ｍｍの貫通孔を５ｍｍピッチでドリルにより形成した。グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。

　熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ上に上記のグラスウール板をそれぞれ接着し、グラスウール板の上部に熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐをそれぞれ接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用し、同ペーストを１０μｍ程度の厚みになるように塗布印刷し、グラファイトの酸化を防ぐために減圧化で５８０℃程度の熱をかけて接着した。

　以上の工程で、熱電特性評価試料と熱伝導率測定試料それぞれについて、熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐ、断熱層４Ａ，４Ｂ、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの３層構造のｎ型とｐ型の熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。熱電変換部１Ｎ，１Ｐの下部と上部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍと、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け評価用試料とした。

〔比較用熱電変換部の作製〕
　まず、比較形態１（図１６参照）のｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐを以下の工程で作製した。
　第１評価用熱電変換部と同様にして製造した角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのBi-Te系熱電変換材料の基板を、熱電特性評価試料：角２０ｍｍ×２０ｍｍ、熱伝導率測定試料：角５０ｍｍ×５０ｍｍの評価用試料のサイズに切り出して切削面を研磨し比較用熱電変換部１Ｎ，１Ｐを作製した。作製したｎ型とｐ型の比較用熱電変換部１Ｎ，１Ｐの上部と下部に、熱電特性評価試料用の角２０ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍと、熱伝導率測定試料用の角５０ｍ×５０ｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ電極を半田で取り付け比較用試料とした。

［評価方法］
　熱電変換部の性能の評価方法は、以下のようにして行った。
１）電気伝導率：アルバック理工社製の熱電特性評価装置ＺＥＭ－３を使用して測定した。円柱状に処理した熱電変換材料に白金線を装着し、直流四端子法により室温で電気伝導率を測定した。
２）ゼーベック係数：アルバック理工社製の熱電特性評価装置ＺＥＭ－３を使用して測定した。測定条件は、電気伝導率評価と同様の測定条件とした。
３）熱伝導率：アルバック理工社製の定常法熱伝導率測定装置ＧＨ－１を使用して測定した。

　上記のように作製した第１～第５評価用熱電変換部と比較用熱電変換部の評価結果を表１に示す。評価用熱電変換部１と評価用熱電変換部２は異方性導電性材料層を有する熱電変換部であるが、比較用熱電変換部と比較して性能指数等ほとんど差異がない。これは、異方性導電性材料層に使用されるグラファイトや電荷輸送材料が熱電変換材料に悪い影響を与えないことを意味する。評価用熱電変換部１と評価用熱電変換部２は異方性導電性材料層により発熱作用部分と吸熱作用部分を立体配置的に離間させて、発熱作用部分と吸熱作用部分間で熱伝導する熱量：Ｑ_Kを低減する素子構造の熱電変換素子であるが、熱伝導率の測定に使用する定常法熱伝導率測定装置ＧＨ－１は、評価用熱電変換部の発熱作用部分と吸熱作用部分を立体配置的に離間させて測定することができない。よって、表１に示される評価用熱電変換部１と評価用熱電変換部２の性能指数は、立体配置的に離間させた素子構造の効果を評価するものではなく、この素子構造の実力を示すものではない。一方、評価用熱電変換部３～６は比較用熱電変換部と比較して性能指数が５０倍～１５０倍程度に向上している。これらの熱電変換素子においては、空洞部分あるいは断熱層と電荷輸送層とを利用して熱電変換素子の熱伝導部分と電気伝導部分を立体的に離間させることで、高い電気伝導性と低い熱伝導性を確保し高い熱電変換効率が実現できることを示している。

〔実施例〕
　以下に説明する実施例は、次のようにして作製した。

〔実施例１〕
　以下の（１－１）～（１－４）のように、実施形態１（図１）の態様の素子を作製した。基本的な作製方法は、上記の第１評価用熱電変換部の作製方法と同じである（第１評価用熱電変換部の作製を参照）。

（１－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板に、異方性導電材料層５Ａに相当するグラファイトシート（大塚電機（株）社製）を熱圧着して積層し、ｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。グラファイトシートは、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、接着面に基板と同じｎ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。

（１－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板に、異方性導電材料層５Ｂに相当するグラファイトシートを熱圧着して積層し、ｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。グラファイトシートは、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、接着面に基板と同じｐ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。

（１－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１－４）角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，及び電極８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの上端部にそれぞれ配置した。（以上、図１参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ａ（１）に電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図１に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－２２Ｋであった。

〔実施例２〕
　以下の（２－１）～（２－４）のように、実施形態１（図１）の態様の素子を作製した。基本的な作製方法は、上記の第２評価用熱電変換部の作製方法と同じである（第２評価用熱電変換部の作製を参照）。

（２－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）に、下記の組成で調整した低導電性材料層形成溶液をスピンコート法で塗布し、２００℃で６０分乾燥・焼成して溶剤を除去し、厚み約１μｍの低導電性材料層を形成した。低導電性材料層の電気伝導率は約５Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成している。
　（ｎ型熱電変換部１Ｎの低導電性材料層形成溶液）
　・ポリカーボネート樹脂：１００部
　・ジフェノキノン化合物（化１）：１５部
　・テトラヒドロフラン溶剤：３００部
　続いて、形成された低導電性材料層の表面に高導電性材料層を形成するために、電子輸送材料：Alq3（aluminato-tris-8B-ydoroxyquinolate：化３）を抵抗加熱蒸着法でコートした。コート層の厚みは約１００ｎｍで、面内の電気伝導率は約３００Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成した。このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、低導電性材料層と高導電性材料層からなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。

（２－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）に、下記の組成で調整した低導電性材料層形成溶液をスピンコート法で塗布し、２００℃で６０分乾燥・焼成して溶剤を除去し、厚み約１μｍの低導電性材料層を形成した。低導電性材料層の電気伝導率は約５Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成している。
　（ｐ型熱電変換部１Ｐの低導電性材料層形成溶液）
　・ポリカーボネート樹脂：１００部
　・ヒゾラゾン系化合物（化２）：２０部
　・テトラヒドロフラン溶剤：３００部
　続いて、形成された低導電性材料層の表面に高導電性材料層を形成するために、正孔輸送材料：NPP（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）を抵抗加熱蒸着法でコートした。コート層の厚みは約１００ｎｍで、面内の電気伝導率は約３００Ｓ／ｃｍとなることを目標に形成した。このようにｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、低導電性材料層と高導電性材料層からなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。

（２－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（２－４）角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの上端部にそれぞれ配置した。（以上、図１参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ａ（２）に電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図１に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－２１Ｋであった。

〔実施例３〕
　以下の（３－１）～（３－４）のように、実施形態２（図２）の態様の素子を作製した。

（３－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板に、異方性導電材料層５Ａに相当するグラファイトシート（大塚電機（株）社製）を熱圧着して積層し、ｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。グラファイトシートには、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｎ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層３Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（３－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板に、異方性導電材料層５Ｂに相当するグラファイトシート（大塚電機（株）社製）を熱圧着して積層し、ｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。グラファイトシートには、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｐ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｐ型熱電変換部材１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層３Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（３－３）角１００ｍｍ×２１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（３－４）角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの延在部・上部にそれぞれ配置した。（以上、図２参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｂに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図２に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－２８Ｋであった。

〔実施例４〕
　以下の（４－１）～（４－４）のように、実施形態３（図３）の態様の素子を作製した。

（４－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板に、異方性導電材料層５Ａに相当するＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層し、ｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。グラファイトシートには、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｎ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層３Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（４－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板に、異方性導電材料層５Ｂに相当するＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層し、ｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。グラファイトシートには、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｐ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｐ型熱電変換部材１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層３Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（４－３）角１００ｍｍ×２１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（４－４）角５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの延在部・下部にそれぞれ配置した。（以上、図３参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｃに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図３に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ｃと電極８Ｄとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－２９Ｋであった。

〔実施例５〕
　以下の（５－１）～（５－４）のように、実施形態４（図４）の態様の熱電変換素子１Ｄを作製した。基本的な作製方法は、上記の第３評価用熱電変換部の作製方法と同じである（第３評価用熱電変換部の作製を参照）。

（５－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送層５Ｃに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を、上部グラファイト層５Ｃの上面に相当するグラファイトシートのもう一方の端部上面に積層した。続いて絶縁層９に相当する角１００ｍｍ×５ｍｍ，厚さ２０．５ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、絶縁層９に相当するグラスウール板と、熱電変換材料層３Ｎの側面、グラファイトシートの残余の部分、熱電変換材料層６Ｎの側面を接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｃ、空洞部分（空気層）、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの５層構造とした。

（５－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送層５Ｄに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を、上部グラファイト層５Ｄの上面に相当するグラファイトシートのもう一方の端部上面に積層した。続いて絶縁層９に相当する角１００ｍｍ×５ｍｍ，厚さ２０．５ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、絶縁層９に相当するグラスウール板と、熱電変換材料層３Ｐの側面、グラファイトシートの残余の部分、熱電変換材料層６Ｐの側面を接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｄ、空洞部分（空気層）、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの５層構造とした。

（５－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２上にｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐを接着させる。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。Ａｌ基板の中央に、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐのグラスウール板よりなる絶縁層９を密着させて、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。

（５－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの上部にそれぞれ配置した。（以上、図４参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｄ（１）に電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図４に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３７Ｋであった。

〔実施例６〕
　以下の（６－１）～（６－４）のように、実施形態５（図５）の態様の熱電変換素子１Ｅを作製した。基本的な作製方法は、上記の第４評価用熱電変換部の作製方法と同じである（第４評価用熱電変換部の作製を参照）。

（６－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送層５Ｃに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて断熱層４Ａに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の下面を前記積層部分のグラファイト層上に接着し、グラファイトシートの残余の部分を、断熱層４Ａに相当するグラスウール板の側面と上面に接着する。続いて、最上部となるグラファイト層の上面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの５層構造とした。

（６－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送層５Ｄに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ｂに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の下面を前記積層部分のグラファイト層上に接着し、グラファイトシートの残余の部分を、断熱層４Ｂに相当するグラスウール板の側面と上面に接着する。続いて、最上部となるグラファイト層の上面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの５層構造とした。

（６－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（６－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの上部にそれぞれ配置した。（以上、図５参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｅに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図５に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３６Ｋであった。

〔実施例７〕
　以下の（７－１）～（７－４）のように、実施形態６（図６）の態様の熱電変換素子１Ｆを作製した。

（７－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送層５Ｃに相当する角１００ｍｍ×２１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ａに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の下面を、前記積層部分のグラファイト層上に接着し、グラファイトシートの残余の部分をグラスウール板の側面と上面に接着する。続いて、最上部となるグラファイト層の上面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｎの基板上に、異方性導電材料層５Ａに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、下部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、上部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、異方性導電材料層５Ａの６層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層６Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（７－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送層５Ｄに相当する角１００ｍｍ×２１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ｂに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の下面を、前記積層部分のグラファイト層上に接着し、グラファイトシートの残余の部分をグラスウール板の側面と上面に接着する。続いて、最上部となるグラファイト層の上面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｐの基板上に、異方性導電材料層５Ｂに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。以上の工程よりｐ型熱電変換部は、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、下部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、上部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、異方性導電材料層５Ｂの６層構造とした。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層６Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（７－３）角１００ｍｍ×２１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（７－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの延在部・上部にそれぞれ配置した。（以上、図６参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｆに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図６に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３９Ｋであった。

〔実施例８〕
　以下の（８－１）～（８－４）のように、実施形態７（図７）の態様の熱電変換素子１Ｇを作製した。基本的な作製方法は、上記の第５評価用熱電変換部の作製方法と同じである（第５評価用熱電変換部の作製を参照）。

（８－１）断熱層４Ａに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の上面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの３層構造とした。

（８－２）断熱層４Ｂに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の上面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、ｎ型熱電変換材料層６Ｐの３層構造とした。

（８－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（８－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの上部にそれぞれ配置した。（以上、図７参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｇに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図７に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３５Ｋであった。

〔実施例９〕
　以下の（９－１）～（９－４）のように、実施形態８（図８）の態様の熱電変換素子１Ｈを作製した。

（９－１）断熱層４Ａに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の上面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｎの基板上に、異方性導電材料層５Ａに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、異方性導電材料層５Ａの４層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層６Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（９－２）断熱層４Ｂに相当するφ１ｍｍの貫通孔を５ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の上面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｐの基板上に、異方性導電材料層５Ｂに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。以上の工程よりｐ型熱電変換部は、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、異方性導電材料層５Ｂの４層構造とした。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層６Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（９－３）角１００ｍｍ×２１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（９－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの延在部・上部にそれぞれ配置した。（以上、図８参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｈに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図８に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３８Ｋであった。

〔実施例１０〕
　以下の（１０－１）～（１０－４）のように、実施形態９（図９）の態様の熱電変換素子１Ｉを作製した。本実施例で用いる多孔質の断熱材基板は、下記の断熱層形成用ペースト１を使用して形成したものであり製造方法については実施形態９を参照。
〔断熱層形成用ペースト１の配合（重量部）〕
・グラスウール基板の断熱材粉末：１００部
・メラミン樹脂：６０部
・ポリメチルメタクリレート：４０部
・テレピネオール：１５部
・エチルセルロース：５部

（１０－１）断熱層４Ｃに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状の多孔質の断熱材基板を用意し、断熱材基板の表・裏面、及び孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記断熱材基板を接着する。続いて、前記断熱材基板の上面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの３層構造とした。

（１０－２）断熱層４Ｄに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状の多孔質の断熱材基板を用意し、断熱材基板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板上に、電荷輸送材料がコートされている前記断熱材基板を接着する。続いて、前記断熱材基板の上面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｄ、ｎ型熱電変換材料層６Ｐの３層構造とした。

（１０－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２上に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１０－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの上部にそれぞれ配置した。（以上、図９参照）

　次に、以上の工程で作製された熱電変換素子１Ｉに電圧・電流を流し、そのときの温度変化を調べて素子の評価を行った。熱電対を図７に示す温度測定点ＴＰにセットし、室温２５℃、湿度５０％ＲＨの環境で、電極８Ａと電極８Ｂとの間に８Ｖ・８Ａの電圧・電流を流した。そのときの温度測定点ＴＰの温度変化は、ΔＴ：－３５Ｋであった。

〔実施例１１〕
　実施形態１０（図１０）の態様の熱電変換発電装置１Ｊを作製し熱電発電の評価を行った。
　熱電変換発電装置１Ｊは、実施形態１０で述べたように、発電に寄与する第１の熱電変換素子１Ｑと、第１の熱電変換素子に安定した温度差を与えるためにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂを組み合わせたものである。
　第１の熱電変換素子１Ｑは、比較形態１（図１６）の従来の構造を有する熱電変換素子であり、以下の（１１－１）～（１１－４）のように作製した。

（１１－１）ｎ型熱電変換材料層３Ｎとして、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を使用しｎ型熱電変換部１Ｎとした。

（１１－２）ｐ型熱電変換材料層３Ｐとして、角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を使用しｐ型熱電変換部１Ｐとした。

（１１－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の中央下部に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１１－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、絶縁層９を挟んで熱電変換材料層３Ｎ，３Ｐの下部にそれぞれ配置し、電極８Ａ，８Ｂ下部に接触するようにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂを配置した。（以上、図１０、図１６参照）

　また、図１０の装置のペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子１０Ａ，１０Ｂは、以下の（１１－５）～（１１－８）のように作製した。このペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂは、実施例３（図２、実施形態２の素子）と基本的な構造が同じであるので、図２及び図１０を参照しながら説明する。なお、作製したペルチェ素子１０Ａの斜視図を図１４に示す。

（１１－５）熱電変換材料層３Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、異方性導電材料層５Ａに相当するグラファイトシート（大塚電機（株）社製）を熱圧着して積層し、ｎ型熱電変換部を作製した。グラファイトシートは、角４５ｍｍ×３２５ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｎ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層３Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１１－６）熱電変換材料層３Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、異方性導電材料層５Ｂに相当するグラファイトシート（大塚電機（株）社製）を熱圧着して積層し、ｐ型熱電変換部を作製した。グラファイトシートは、角４５ｍｍ×３２５ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｐ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層３Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１１－７）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２（図１０では１０ＡＬ，１０ＢＬ）の中央部に、角１０ｍｍ×１５０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１１－８）角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂ（図１０では１０ＡＨ，１０ＢＨ）を、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの積層よりはみ出た延在部の端下部にそれぞれ配置した。（以上、図２、図１０、図１４参照）

　以上の工程で製造したペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂの表面・裏面を、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）社製）でカバーし絶縁した。
　なお、図１０参照、ペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂの吸熱作用部（電極１０ＡＬ，１０ＢＬ）は、発電に寄与する熱電変換素子１Ｑの低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に接触して配置され、ペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂの発熱作用部（電極１０ＡＨ，１０ＢＨ）は、熱電変換素子１Ｑの高温作用部（導電性基板２）に接触して配置され、熱電変換発電装置１Ｊを構成する。

　以上の工程で作製された熱電変換発電装置１Ｊの熱電発電特性を評価した。熱電変換素子１Ｑの高温作用部（導電性基板２）と低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に温度差ΔＴ：３５０（Ｋ）を与えて、それぞれのペルチェ素子１０Ａ，１０Ｂに２Ｖ・２Ａの電圧・電流を供給し駆動させ続け、その間に熱電変換発電素子１Ｑの電極８Ａと電極８Ｂ間で発電される電圧・電流を検知し評価した。合計８Ｗの入力に対して平均して約９．４Ｗの出力を検知することができた。

〔実施例１２〕
　実施形態１１（図１１）の態様の熱電変換発電装置１Ｋを作製し熱電発電の評価を行った。
　熱電変換発電装置１Ｋは、実施形態１１で述べたように、発電に寄与する第１の熱電変換素子１Ｄと、第１の熱電変換素子に安定した温度差を与えるためにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂを組み合わせたものである。
　第１の熱電変換素子１Ｄは、実施例５（実施形態４、図４）の態様の素子であり、以下の（１２－１）～（１２－４）のように作製した。

（１２－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、電荷輸送層５Ｃに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を、下部グラファイト層５Ｃの下面に相当するグラファイトシートのもう一方の端部下面に積層した。続いて絶縁層９に相当する角１００ｍｍ×５ｍｍ，厚さ２０．５ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、絶縁層９に相当するグラスウール板と、熱電変換材料層３Ｎの側面、グラファイトシートの残余の部分、熱電変換材料層６Ｎの側面を接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、上部電荷輸送層５Ｃ、空洞部分（空気層）、下部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの５層構造とした。

（１２－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、電荷輸送層５Ｄに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を、下部グラファイト層５Ｄの下面に相当するグラファイトシートのもう一方の端部下面に積層した。続いて絶縁層９に相当する角１００ｍｍ×５ｍｍ，厚さ２０．５ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、絶縁層９に相当するグラスウール板と、熱電変換材料層３Ｐの側面、グラファイトシートの残余の部分、熱電変換材料層６Ｐの側面を接着する。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｄ、空洞部分（空気層）、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの５層構造とした。

（１２－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２の下部にｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部を接着させる。接着にはBi-Te系材料のペーストを使用する。Ａｌ基板の中央に、ｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部のグラスウール板よりなる絶縁層９を密着させて、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１２－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの下部にそれぞれ配置し、電極８Ａ，８Ｂ下部に接触するようにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂを配置した。（以上、図４、図１１参照）

　また、図１１の装置のペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子２０Ａ，２０Ｂは、以下の（１２－５）～（１２－８）のように作製した。このペルチェ素子２０Ａ，２０Ｂは、実施例４（図３、実施形態３の素子）と基本的な構造が同じであるので、図３及び図１１を参照しながら説明する。（図１４：ペルチェ素子１０Ａの斜視図参照）

（１２－５）熱電変換材料層３Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、異方性導電材料層５Ａに相当するＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層し、ｎ型熱電変換部を作製した。グラファイトシートは、角４５ｍｍ×３３５ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｎ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。
このようにｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ａの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層３Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１２－６）熱電変換材料層３Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、異方性導電材料層５Ｂに相当するＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層し、ｐ型熱電変換部を作製した。グラファイトシートは、角４５ｍｍ×３３５ｍｍ，厚さ５０μｍで、熱圧着面に基板と同じｐ型Bi-Te系材料のペーストで１０μｍ程度のBi-Te系材料層を形成し、Bi-Te系材料の基板とグラファイトシートを密着させて熱圧着することにより積層した。このようにｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐと、グラファイトよりなる異方性導電材料層５Ｂの２層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層３Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１２－７）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２（図１１では２０ＡＬ，２０ＢＬ）の中央部に、角１０ｍｍ×１５０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１２－８）角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂ（図１１では２０ＡＨ，２０ＢＨ）を、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの積層よりはみ出た延在部の端上部にそれぞれ配置した。（以上、図３、図１１、図１４参照）

　以上の工程で製造したペルチェ素子２０Ａ，２０Ｂの表面・裏面を、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）社製）でカバーし絶縁した。
　なお、図１１参照、ペルチェ素子２０Ａ，２０Ｂの吸熱作用部（２０ＡＬ，２０ＢＬ）は、発電に寄与する熱電変換素子１Ｄの低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に接触して配置され、ペルチェ素子２０Ａ，２０Ｂの発熱作用部（２０ＡＨ，２０ＢＨ）は、熱電変換素子１Ｄの高温作用部（導電性基板２）に接触して配置され、熱電変換発電装置１Ｋを構成する。

　以上の工程で作製された熱電変換発電装置１Ｋの熱電発電特性を評価した。熱電変換素子１Ｄの高温作用部（導電性基板２）と低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に温度差ΔＴ：３５（Ｋ）を与えて、それぞれのペルチェ素子２０Ａ，２０Ｂに２Ｖ・２Ａの電圧・電流を供給し駆動させ続け、その間に熱電変換発電素子１Ｄの電極８Ａと電極８Ｂ間で発電される電圧・電流を検知し評価した。合計８Ｗの入力に対して平均して約１６．１Ｗの出力を検知することができた。

〔実施例１３〕
　実施形態１２（図１２）の態様の熱電変換発電装置１Ｌを作製し熱電発電の評価を行った。
　熱電変換発電装置１Ｌは、実施形態１２で述べたように、発電に寄与する第１の熱電変換素子１Ｅと、第１の熱電変換素子に安定した温度差を与えるためにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂを組み合わせたものである。
　第１の熱電変換素子１Ｅは、実施例６（実施形態５、図５）の態様の素子であり、以下の（１３－１）～（１３－４）のように作製した。

（１３－１）熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、電荷輸送層５Ｃに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて断熱層４Ａに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の上面を前記積層部分のグラファイト層下に接着し、グラファイトシートの残余の部分を、断熱層４Ａに相当するグラスウール板の側面と下面に接着する。続いて、最下部となるグラファイト層の下面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、グラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの５層構造とした。

（１３－２）熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、電荷輸送層５Ｄに相当する角１００ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ｂに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の上面を前記積層部分のグラファイト層下に接着し、グラファイトシートの残余の部分を、断熱層４Ｂに相当するグラスウール板の側面と下面に接着する。続いて、最下部となるグラファイト層の下面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、グラファイトよりなる上部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、ググラファイトよりなる下部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐの５層構造とした。

（１３－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２下部中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１３－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの下部にそれぞれ配置し、電極８Ａ，８Ｂ下部に接触するようにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂを配置した。（以上、図５、図１２参照）

　また、図１２の装置のペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子３０Ａ，３０Ｂは、以下の（１３－５）～（１３－８）のように作製した。このペルチェ素子３０Ａ，３０Ｂは、実施例７（図６、実施形態６の素子）と基本的な構造が同じであるので、図６及び図１２を参照しながら説明する。なお、作製したペルチェ素子３０Ａの斜視図を図１５に示す。

（１３－５）熱電変換材料層３Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、電荷輸送層５Ｃに相当する角４５ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ａに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の上面を、前記積層部分のグラファイト層下に接着し、グラファイトシートの残余の部分をグラスウール板の側面と下面に接着する。続いて、最下部となるグラファイト層の下面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｎの基板下に、異方性導電材料層５Ａに相当する角４５ｍｍ×２２０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、上部電荷輸送層５Ｃ、断熱層４Ａ、下部電荷輸送層５Ｃ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、異方性導電材料層５Ａの６層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層６Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１３－６）熱電変換材料層３Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、電荷輸送層５Ｄに相当する角４５ｍｍ×３１０ｍｍ，厚さ５０μｍのＰＧＳグラファイトシート（パナソニック社製）の端部を熱圧着して積層した。続いて、断熱層４Ｂに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板の上面を、前記積層部分のグラファイト層下に接着し、グラファイトシートの残余の部分をグラスウール板の側面と下面に接着する。続いて、最下部となるグラファイト層の下面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｐの基板下に、異方性導電材料層５Ｂに相当する角４５ｍｍ×２２０ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部は、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、上部電荷輸送層５Ｄ、断熱層４Ｂ、下部電荷輸送層５Ｄ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、異方性導電材料層５Ｂの６層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層６Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１３－７）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２（図１２では３０ＡＬ，３０ＢＬ）の中央部に、角１０ｍｍ×１５０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１３－８）角４５ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂ（図１２では３０ＡＨ，３０ＢＨ）を、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの積層よりはみ出た延在部の端下部にそれぞれ配置した。（以上、図６、図１２、図１５参照）

　以上の工程で製造したペルチェ素子３０Ａ，３０Ｂの表面・裏面を、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）社製）でカバーし絶縁した。
　なお、図１２参照、ペルチェ素子３０Ａ，３０Ｂの吸熱作用部（電極３０ＡＬ，３０ＢＬ）は、発電に寄与する熱電変換素子１Ｅの低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に接触して配置され、ペルチェ素子３０Ａ，３０Ｂの発熱作用部（電極３０ＡＨ，３０ＢＨ）は、熱電変換素子１Ｅの高温作用部（導電性基板２）上に配置されている対象物に接触して配置され、熱電変換発電装置１Ｌを構成する。

　以上の工程で作製された熱電変換発電装置１Ｌの熱電発電特性を評価した。熱電変換素子１Ｅの高温作用部（対象物）と低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に温度差ΔＴ：３５（Ｋ）を与えて、それぞれのペルチェ素子３０Ａ，３０Ｂに２Ｖ・２Ａの電圧・電流を供給し駆動させ続け、その間に熱電変換発電素子１Ｅの電極８Ａと電極８Ｂ間で発電される電圧・電流を検知し評価した。合計８Ｗの入力に対して平均して約１５．７Ｗの出力を検知することができた。

〔実施例１４〕
　実施形態１３（図１３）の態様の熱電変換発電装置１Ｍを作製し熱電発電の評価を行った。
　熱電変換発電装置１Ｍは、実施形態１３で述べたように、発電に寄与する第１の熱電変換素子１Ｇと、第１の熱電変換素子に安定した温度差を与えるためにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂを組み合わせたものである。
　第１の熱電変換素子１Ｇは、実施例８（実施形態７、図７）の態様の素子であり、以下の（１４－１）～（１４－４）のように作製した。

（１４－１）断熱層４Ａに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の下面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎの３層構造とした。

（１４－２）断熱層４Ｂに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の下面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｐ型熱電変換部１Ｐは、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、ｎ型熱電変換材料層６Ｐの３層構造とした。

（１４－３）角１００ｍｍ×３１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２下部中央に、角１００ｍｍ×１０ｍｍ，高さ２０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んで、ｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１４－４）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂを、熱電変換材料層６Ｎ，６Ｐの下部にそれぞれ配置し、電極８Ａ，８Ｂ下部に接触するようにペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂを配置した。（以上、図７、図１３参照）

　また、図１３の装置のペルチェ素子として使用する第２、第３の熱電変換素子４０Ａ，４０Ｂは、以下の（１４－５）～（１４－８）のように作製した。このペルチェ素子４０Ａ，４０Ｂは、実施例９（図８、実施形態８の素子）と基本的な構造が同じであるので、図８及び図１３を参照しながら説明する。（図１５：ペルチェ素子３０Ａの斜視図参照）

（１４－５）断熱層４Ａに相当するφ２ｍｍの貫通孔を１０ｍｍピッチで全面に有する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板下に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の下面に、熱電変換材料層６Ｎに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｎ型熱電変換材料（Bi₂Te_2.7Se_0.3）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｎの基板下に、異方性導電材料層５Ａに相当する角４５ｍｍ×３４５ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｎ型熱電変換部１Ｎを作製した。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。以上の工程よりｎ型熱電変換部１Ｎは、ｎ型熱電変換材料層３Ｎ、断熱層４Ａ、ｎ型熱電変換材料層６Ｎ、異方性導電材料層５Ａの４層構造とした。この構造の場合、グラファイトシートはｎ型熱電変換材料層６Ｎよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ａには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１４－６）断熱層４Ｂに相当するφ１ｍｍの貫通孔を５ｍｍピッチで全面に有する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ１０ｍｍの板状のグラスウール板を用意し、グラスウール板の表・裏面、及び貫通孔内部に、気相法によりアセチレンを原料として１１００℃で合成した結晶性黒鉛とグラフェンが混在した層をコートした。熱電変換材料層３Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板下に、電荷輸送材料がコートされている前記グラスウール板を接着する。続いて、前記グラスウール板の下面に、熱電変換材料層６Ｐに相当する角４５ｍｍ×１５０ｍｍ，厚さ５ｍｍのｐ型熱電変換材料（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）の基板を積層し、熱電変換材料層６Ｐの基板下に、異方性導電材料層５Ｂに相当する角４５ｍｍ×３４５ｍｍ，厚さ５０μｍのグラファイトシート（パナソニック社製）を熱圧着して積層してｐ型熱電変換部１Ｐを作製した。以上の工程よりｐ型熱電変換部は、ｐ型熱電変換材料層３Ｐ、断熱層４Ｂ、ｐ型熱電変換材料層６Ｐ、異方性導電材料層５Ｂの４層構造とした。接着には上記のBi-Te系材料のペーストを使用した。この構造の場合、グラファイトシートはｐ型熱電変換材料層６Ｐよりも幅が長いので、異方性導電材料層５Ｂには、積層よりはみ出た延在部が存在する。

（１４－７）角１００ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのＡｌ基板よりなる導電性基板２（図１３では４０ＡＬ，４０ＢＬ）の中央部に、角１０ｍｍ×１５０ｍｍ，高さ１０．５ｍｍのグラスウール板よりなる絶縁層９を形成し、絶縁層９を挟んでｎ型熱電変換部１Ｎとｐ型熱電変換部１Ｐとを対向するように導電性基板２下部に配置した。導電性基板２との接着にはＡｌペーストを使用した。

（１４－８）角４５ｍｍ×２０ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのＡｌ基板よりなる電極８Ａ，８Ｂ（図１３では４０ＡＨ，４０ＢＨ）を、異方性導電材料層５Ａ，５Ｂの積層よりはみ出た延在部の端下部にそれぞれ配置した。（以上、図８、図１３、図１５参照）

　以上の工程で製造したペルチェ素子４０Ａ，４０Ｂの表面・裏面を、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム（株）社製）でカバーし絶縁した。
　なお、図１３参照、ペルチェ素子４０Ａ，４０Ｂの吸熱作用部（電極４０ＡＬ，４０ＢＬ）は、発電に寄与する熱電変換素子１Ｇの低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に接触して配置され、ペルチェ素子４０Ａ，４０Ｂの発熱作用部（電極４０ＡＨ，４０ＢＨ）は、熱電変換素子１Ｇの高温作用部（導電性基板２）に接触して配置され、熱電変換発電装置１Ｍを構成する。

　以上の工程で作製された熱電変換発電装置１Ｍの熱電発電特性を評価した。熱電変換素子１Ｅの高温作用部（対象物）と低温作用部（電極８Ａ,８Ｂ）に温度差ΔＴ：３５（Ｋ）を与えて、それぞれのペルチェ素子４０Ａ，４０Ｂに２Ｖ・２Ａの電圧・電流を供給し駆動させ続け、その間に熱電変換発電素子１Ｅの電極８Ａと電極８Ｂ間で発電される電圧・電流を検知し評価した。合計８Ｗの入力に対して平均して約１５．８Ｗの出力を検知することができた。

　なお、上記で説明した実施形態１～９の熱電変換素子は、単独で使用されるだけでなく、複数の熱電変換素子が組みあわさって、熱電変換発電装置を構成してもよい。その組み合わせは、本明細書に記載した実施例に限るものではなく、例えば、実施形態３の熱電変換素子１Ｂと実施形態５の熱電変換素子１Ｅとで構成される熱電変換発電装置であってもよいし、実施形態４の熱電変換素子１Ｄと実施形態８の熱電変換素子１Ｈとで構成される熱電変換発電装置であってもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ：本発明の熱電変換素子
１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ：本発明の熱電変換発電装置
１Ｑ：従来の熱電変換素子
１Ｎ：ｎ型熱電変換部　　　　　１Ｐ：ｐ型熱電変換部
２：導電性基板（第１電極）
３Ｎ：ｎ型熱電変換材料層　　　３Ｐ：ｐ型熱電変換材料層
４Ａ，４Ｃ：第１断熱層　　　　　　　４Ｂ，４Ｄ：第２断熱層
５Ａ：第１異方性導電材料層　　５Ｂ：第２異方性導電材料層
５Ｃ：第１電荷輸送層　　　　　５Ｄ：第２電荷輸送層
６Ｎ：ｎ型熱電変換材料層　　　６Ｐ：ｐ型熱電変換材料層
７Ａ：第１の貫通孔　　　　　　７Ｂ：第２の貫通孔
８Ａ：第２電極　　　　　　　　８Ｂ：第３電極
９：絶縁層
１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ：第２の熱電変換素子（ペルチェ素子）
１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂ，４０Ｂ：第３の熱電変換素子（ペルチェ素子）
１０ＡＬ，１０ＢＬ,２０ＡＬ，２０ＢＬ,３０ＡＬ，３０ＢＬ,４０ＡＬ，４０ＢＬ：第１電極
１０ＡＨ，１０ＢＨ，２０ＡＨ，２０ＢＨ，３０ＡＨ，３０ＢＨ，４０ＡＨ，４０ＢＨ：第２電極または第３電極
１０ＡＧ，１０ＢＧ，２０ＡＧ，２０ＢＧ，３０ＡＧ，３０ＢＧ，４０ＡＧ，４０ＢＧ：延在部（異方性導電材料層の延在部）
１００：熱電変換素子
１２０，１２１，１８０：電極
１３０：ｎ型熱電変換半導体
１３１：ｐ型熱電変換半導体
ＴＰ：温度測定点

Claims

　熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、少なくとも半導体と金属の電気伝導特性を併せ持つ電荷輸送材料で形成される電荷輸送部或いは電荷輸送層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子。
　前記電荷輸送材料が、グラファイト、結晶性黒鉛及びグラフェンからなる群から選択される請求項１に記載の熱電変換素子。
　前記電荷輸送層が導電性に対して異方性を有する異方性導電材料層であり、前記異方性導電材料層は、層面内方向の電気伝導率が厚さ方向の電気伝導率よりも大きい特性を有する請求項１または２に記載の熱電変換素子。
　熱電変換材料で形成される熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と、電子輸送材料、正孔輸送材料からなる群から選択される半導体の電気伝導特性を有する電荷輸送材料で形成される異方性導電材料層を、少なくとも有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる請求項３に記載の熱電変換素子。
　少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の前記異方性導電材料層が積層構造からはみ出してなる延在部を有し、該延在部に電極を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、上部電荷輸送層及び上部熱電変換材料層よりなる熱電変換部を有する熱電変換素子であり、該熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層が該熱電変換部の側面で一定の距離をおいて繋がる一つの電荷輸送層を成す構造である請求項１～３のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された、ｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部とを備え、積層方向に対して前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の下部に、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部に跨る第１電極と、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の上部に、それぞれ第２及び第３電極を備える熱電変換素子であり、
ｎ型熱電変換部の異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有し、第２電極はｎ型熱電変換部の延在部の一部分に設けられ、
ｐ型熱電変換部の異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有し、第３電極は、ｐ型熱電変換部の延在部の一部分に設けられる請求項１～３のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも熱電変換材料層と電荷輸送層が積層された、ｎ型熱電変換部とｐ型熱電変換部とを備え、積層方向に対して前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の下部に、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部に跨る第１電極と、前記ｎ型及びｐ型熱電変換部の上部に、それぞれ第２及び第３電極を備える熱電変換素子であり、
前記各熱電変換部は、少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、上部電荷輸送層及び上部熱電変換材料層よりなる熱電変換部であり、該熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層が該熱電変換部の側面で一定の距離をおいて繋がる一つの電荷輸送層を成す構造である請求項１～３のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と電荷輸送部或いは電荷輸送層を有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる熱電変換素子において、更に、前記熱電変換部に断熱層を有する請求項１～３のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも下部熱電変換材料層、下部電荷輸送層、断熱層、上部電荷輸送層、上部熱電変換材料層の順で積層された構造の熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の下部電荷輸送層と上部電荷輸送層は断熱層の側面で繋がる一つの電荷輸送層である請求項１～３及び８のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも下部熱電変換材料層、断熱層、上部熱電変換材料層の順で積層された構造の熱電変換部を有する熱電変換素子であり、前記熱電変換部の断熱層は貫通孔を有し、貫通孔に電荷輸送材料を形成することで前記断熱層を断熱層及び電荷輸送部として働かせる請求項１～３及び９のいずれか１つに記載の熱電変換素子。
　少なくとも熱電変換発電素子とペルチェ素子を組み合わせてなる熱電変換発電装置であり、該ペルチェ素子により該熱電変換発電素子の低温作用部を吸熱し、且つ該熱電変換発電素子の高温作用部あるいは高温作用部に接触する熱だめとなる対象物に放熱し、該熱電変換発電素子で発電する熱電変換発電装置。
　前記ペルチェ素子として、少なくとも熱電変換材料層と異方性導電材料層が積層された熱電変換部を有し、異方性導電材料層は積層構造からはみ出してなる延在部を有する請求項５または７に記載の熱電変換素子を使用し、
前記熱電変換発電素子として、少なくとも熱電変換材料部或いは熱電変換材料層と電荷輸送部或いは電荷輸送層を有する熱電変換部を備え、該熱電変換部と電極よりなる請求項１～１１のいずれか１つに記載の熱電変換素子を使用する請求項１２に記載の熱電変換発電装置。