WO2020262171A1 - 熱利用発電モジュール - Google Patents

熱利用発電モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2020262171A1
WO2020262171A1 PCT/JP2020/023825 JP2020023825W WO2020262171A1 WO 2020262171 A1 WO2020262171 A1 WO 2020262171A1 JP 2020023825 W JP2020023825 W JP 2020023825W WO 2020262171 A1 WO2020262171 A1 WO 2020262171A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power generation
heat
layer
electron
heat utilization
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/023825
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
▲ヒョウ▼ 梅
直哉 後藤
竹内　正樹
祥子 松下
Original Assignee
三桜工業株式会社
国立大学法人東京工業大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三桜工業株式会社, 国立大学法人東京工業大学 filed Critical 三桜工業株式会社
Priority to EP20833258.5A priority Critical patent/EP3968394A4/en
Priority to US17/621,159 priority patent/US20220359806A1/en
Priority to CN202080045521.2A priority patent/CN114026706A/zh
Publication of WO2020262171A1 publication Critical patent/WO2020262171A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
    • H10N19/101—Multiple thermocouples connected in a cascade arrangement
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • This disclosure relates to a heat-utilizing power generation module.
  • Patent Document 1 discloses that thermal energy is converted into electrical energy by combining an electrolyte and a thermoelectric conversion material that generates thermally excited electrons and holes.
  • the above-mentioned heat-utilizing power generation device is not always mounted on a flat surface, for example, it is mounted on a heat source such as a heat exhaust duct. From the viewpoint of fully exerting the functions of the power generation device, it is desirable that the power generation device has a structure for efficiently receiving heat from a heat source.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to provide a heat utilization power generation module capable of efficiently receiving heat from a heat source.
  • the heat-utilizing power generation module includes a flexible base material, a first collecting electrode located on the flexible base material, a flexible base material, and a first collecting electrode located on the first collecting electrode.
  • a first heat-utilizing power generation element having a first thermoelectric conversion layer and a first electrolyte layer that are sequentially laminated along the stacking direction of the first collecting electrode, and a second collecting electrode located on the first heat-utilizing power generation element. To be equipped with.
  • the heat-utilizing power generation module is provided with a flexible base material, and therefore exhibits flexibility. Therefore, the heat utilization power generation module can come into contact with the surface of a heat source such as a heat exhaust duct without a gap. Therefore, it is possible to provide a heat utilization power generation module capable of efficiently receiving heat from a heat source.
  • the heat-utilizing power generation module is located between the electron-conducting layer located between the first heat-utilizing power generation element and the second collecting electrode in the stacking direction and between the electron-conducting layer and the second collecting electrode in the stacking direction, and is laminated in order.
  • a second heat-utilizing power generation element having a second thermoelectric conversion layer and a second electrolyte layer is further provided, and the first heat-utilizing power generation element and the second heat-utilizing power generation element are mutually provided via an electron conduction layer. It may be connected in series. In this case, the first heat utilization power generation element and the second heat utilization power generation element are separated from each other via the electron conduction layer. As a result, the electrons in the heat-utilizing power generation module tend to flow only in a desired direction, so that the electromotive force of the heat-utilizing power generation module can be satisfactorily improved.
  • the first thermoelectric conversion layer has an electron thermal excitation layer and an electron transport layer laminated in the stacking direction, and the electron thermal excitation layer is located between the electron transport layer and the first electrolyte layer in the stacking direction and has electrons.
  • the conductive layer is in contact with the electron transport layer and the second electrolyte layer, and the work function or band gap of the electron transport layer may be larger than the band gap of the electron transport layer. In this case, it is possible to prevent the occurrence of an oxidation reaction of the electrolyte at the interface between the electron conductive layer and the second electrolyte layer. This facilitates the flow of electrons in the second electrolyte layer only in the desired direction.
  • the heat-utilizing power generation module further includes a second heat-utilizing power generation element located on the second collecting electrode and having a second electrolyte layer and a second thermoelectric conversion layer that are sequentially laminated in the stacking direction, and further includes a first heat-utilizing power generation.
  • the element and the second heat-utilizing power generation element may be connected in parallel with each other. In this case, the output current of the heat-utilizing power generation module can be increased while miniaturizing the heat-utilizing power generation module when viewed from the stacking direction.
  • a heat utilization power generation module capable of efficiently receiving heat from a heat source.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment
  • FIG. 1B is another schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a single heat-utilizing power generation element and terminals
  • FIG. 2B is a schematic diagram for explaining a power generation mechanism of the heat-utilizing power generation element.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the heat utilization power generation module according to the modified example of the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the heat utilization power generation module according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a heat utilization power generation module according to a comparative example.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment
  • FIG. 1B is another schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment. is there.
  • FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the movement of electrons in the heat utilization power generation module according to the comparative example
  • FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the movement of electrons in the heat utilization power generation module according to the second embodiment. It is a schematic diagram for demonstrating the movement of.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the third embodiment
  • FIG. 7B is another schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the third embodiment. is there.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment
  • FIG. 1B is another schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the first embodiment. is there.
  • the heat utilization power generation module 1 shown in FIG. 1A is an aggregate of members (that is, a heat generator that converts heat energy into electric energy) that exhibits a function of generating power by supplying heat from the outside. , Shows flexibility. For example, as shown in FIG. 1B, the heat utilization power generation module 1 is bendable.
  • the heat utilization power generation module 1 includes a heat utilization power generation element 2, a pair of collector electrodes 3 and 4, and a pair of base materials 5 and 6.
  • the shape of the heat utilization power generation module 1 is not particularly limited.
  • the shape of the heat utilization power generation module 1 in a plan view may be a polygonal shape such as a rectangular shape, a circular shape, or an elliptical shape.
  • the heat utilization power generation element 2 In the heat utilization power generation module 1, the heat utilization power generation element 2, the pair of collector electrodes 3 and 4, and the pair of base materials 5 and 6 overlap each other along a predetermined direction.
  • the heat utilization power generation element 2 is located between the pair of collector electrodes 3 and 4.
  • the pair of collector electrodes 3 and 4 are located between the pair of base materials 5 and 6.
  • the predetermined direction is simply referred to as a “stacking direction”.
  • the term "identical” as used herein is a concept that includes not only “exactly identical” but also "substantially identical".
  • the heat-utilizing power generation element 2 is a thermoelectric generator having the same shape, and generates heat-excited electrons and holes by supplying heat from the outside.
  • the generation of thermally excited electrons and holes by the heat utilization power generation element 2 is carried out, for example, at 25 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
  • the heat utilization power generation element 2 may be heated to, for example, 50 ° C. or higher when the heat utilization power generation module 1 is used.
  • the heat utilization power generation element 2 may be heated to, for example, 200 ° C. or lower when the heat utilization power generation module 1 is used.
  • the temperature at which a sufficient number of thermally excited electrons are generated is, for example, "the temperature at which the thermal excited electronic density of the heat-utilizing power generation element 2 is 10 15 / cm 3 or more".
  • the heat utilization power generation element 2 is a laminate having a thermoelectric conversion layer 12 and an electrolyte layer 13 that overlap each other in the lamination direction.
  • the thermoelectric conversion layer 12 has an electron thermal excitation layer 12a and an electron transport layer 12b that overlap each other in the stacking direction, and is a layer exhibiting flexibility.
  • the stacking order of the electron thermal excitation layer 12a, the electron transport layer 12b, and the electrolyte layer 13 in the heat utilization power generation element 2 is the same.
  • the electron thermal excitation layer 12a is a layer that generates thermally excited electrons and holes in the heat utilization power generation element 2, and is in contact with the electrolyte layer 13.
  • the electron thermal excitation layer 12a contains a thermoelectric conversion material.
  • the thermoelectric conversion material is a material in which excitation electrons increase in a high temperature environment. It is a semiconductor material such as a compound semiconductor, a class rate compound semiconductor, a Whistler compound semiconductor, a half-Whisler compound semiconductor, a metal oxide semiconductor, a metal sulfide semiconductor, and an organic semiconductor. From the viewpoint of generating sufficient thermally excited electrons at a relatively low temperature and from the viewpoint of flexibility, the thermoelectric conversion material may be germanium (Ge).
  • the electron thermal excitation layer 12a may contain a plurality of thermoelectric conversion materials.
  • the electron thermal excitation layer 12a may contain a material other than the thermoelectric conversion material.
  • the electron-thermally excited layer 12a may include a binder for binding the thermoelectric conversion material, a sintering aid for assisting the molding of the thermoelectric conversion material, and the like.
  • the electron thermal excitation layer 12a is formed by, for example, a squeegee method, a screen printing method, a discharge plasma sintering method, a compression molding method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition method (CVD method), a spin coating method, or the like. ..
  • the thickness of the electron thermal excitation layer 12a is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. In this case, the thermionic excitation layer 12a exhibits good flexibility.
  • the electron transport layer 12b is a layer that transports the thermionic electrons generated in the electron thermal excitation layer 12a to the outside, and is located on the opposite side of the electrolyte layer 13 via the electron thermal excitation layer 12a in the stacking direction. Therefore, in the heat utilization power generation element 2, the electron transport layer 12b, the electron thermal excitation layer 12a, and the electrolyte layer 13 are laminated in this order in the stacking direction.
  • the electron transport layer 12b contains an electron transport material.
  • the electron transport material is a material whose conduction charge level is the same as or more positive than the conduction charge position of the thermoelectric conversion material.
  • the difference between the conduction charge position of the electron transport material and the conduction charge position of the thermoelectric conversion material is, for example, 0.01 V or more and 0.1 V or less.
  • the electron transporting material is, for example, a semiconductor material, an electron transporting organic substance, or the like.
  • the electron transport layer 12b is formed by, for example, a squeegee method, a screen printing method, a discharge plasma sintering method, a compression molding method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a spin coating method, or the like.
  • the thickness of the electron transport layer 12b is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. In this case, the electron transport layer 12b exhibits good flexibility.
  • the semiconductor material used for the electron transport material is, for example, the same as the semiconductor material contained in the electron thermal excitation layer 12a.
  • the electron-transporting organic substance is, for example, an N-type conductive polymer, an N-type low-molecular-weight organic semiconductor, a ⁇ -electron conjugated compound, or the like.
  • the electron transport layer 12b may include a plurality of electron transport materials.
  • the electron transport layer 12b may contain a material other than the electron transport material.
  • the electron transport layer 12b may include a binder for binding the electron transport material, a sintering aid for assisting the molding of the electron transport material, and the like.
  • the semiconductor material may be n-type Si.
  • the electron transport layer 12b containing n-type Si is formed, for example, by doping a silicon layer with phosphorus or the like.
  • the electrolyte layer 13 is a layer containing an electrolyte in which charge transport ion pairs can move inside at a temperature at which a sufficient number of thermally excited electrons are generated by the heat utilization power generation element 2.
  • a current flows through the electrolyte layer 13 due to the movement of the charge transport ion pair in the electrolyte layer 13.
  • a "charge transport ion pair" is a stable pair of ions with different valences. When one ion is oxidized or reduced, it becomes the other ion, so that electrons and holes can move.
  • the redox potential of the charge transport ion pair in the electrolyte layer 13 is more negative than the valence electron charging position of the thermionic conversion material contained in the electron thermoexcited layer 12a.
  • the electrolyte layer 13 may contain ions other than the charge transport ion pair.
  • the electrolyte layer 13 can be formed by, for example, a squeegee method, a screen printing method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a sol-gel method, or a spin coating method.
  • the thickness of the electrolyte layer 13 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. In this case, the electrolyte layer 13 exhibits good flexibility.
  • the electrolyte contained in the electrolyte layer 13 is not particularly limited.
  • the electrolyte may be, for example, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, or a gel electrolyte.
  • the electrolyte layer 13 contains a solid electrolyte.
  • the solid electrolyte is, for example, a substance that is physically and chemically stable at the above temperatures and may contain polyvalent ions.
  • Solid electrolytes include, for example, sodium ion conductors, copper ion conductors, iron ion conductors, lithium ion conductors, silver ion conductors, hydrogen ion conductors, strontium ion conductors, aluminum ion conductors, and fluorine ion conductors. , Chlorine ion conductor, oxide ion conductor, etc.
  • the solid electrolyte may be, for example, polyethylene glycol (PEG) having a molecular weight of 600,000 or less or a derivative thereof. When the solid electrolyte is PEG, a multivalent ion source such as copper ion or iron ion may be contained in the electrolyte layer 13.
  • the alkali metal ion may be contained in the electrolyte layer 13 from the viewpoint of improving the life.
  • the molecular weight of PEG corresponds to the weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography in terms of polystyrene.
  • the electrolyte layer 13 may be an organic electrolyte layer or an inorganic electrolyte layer. Whether the electrolyte layer 13 is an organic electrolyte layer or an inorganic electrolyte layer is determined according to, for example, the composition of the electron conductive layer 8.
  • the organic electrolyte layer is, for example, an electrolyte layer having one or more organic substances as a main composition.
  • the organic matter includes at least one of a low molecular weight organic compound and a high molecular weight organic compound.
  • the inorganic electrolyte layer is, for example, an electrolyte layer having one or a plurality of inorganic substances as a main composition.
  • the inorganic substance may be a simple substance or an inorganic compound.
  • the organic electrolyte layer may contain an inorganic substance, or the inorganic electrolyte layer may contain an organic substance.
  • Each of the above-mentioned organic substances and inorganic substances may be an electrolyte or may be different from the electrolyte.
  • the electrolyte layer 13 may contain an organic or inorganic substance that functions as a binder for binding the electrolyte, a sintering aid that assists in molding the electrolyte, and the like.
  • the electrolyte layer 13 may be a hole transport semiconductor.
  • the collecting electrode 3 is an electrode that functions as one of a positive electrode and a negative electrode in the heat utilization power generation module 1, and is located on one end side of the heat utilization power generation module 1 in the stacking direction.
  • the collector electrode 4 is an electrode that functions as the other side of the positive electrode and the negative electrode in the heat utilization power generation module 1, and is located on the other end side of the heat utilization power generation module 1 in the stacking direction.
  • Each of the collector electrodes 3 and 4 is, for example, a conductive plate having a single-layer structure or a laminated structure.
  • the conductive plate is, for example, a metal plate, an alloy plate, and a composite plate thereof.
  • the thickness of each of the collector electrodes 3 and 4 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • each of the collector electrodes 3 and 4 exhibits good flexibility. From the viewpoint of satisfactorily exhibiting the performance of the heat utilization power generation module 1, at least one of the collector electrodes 3 and 4 may exhibit high thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of at least one of the collector electrodes 3 and 4 may be 10 W / m ⁇ K or more. Since no temperature difference is required in the heat utilization power generation module 1, it is desirable that both the collector electrodes 3 and 4 exhibit high thermal conductivity.
  • Each of the base materials 5 and 6 is a member (flexible base material) that protects the heat utilization power generation element 2 and the collector electrodes 3 and 4 and exhibits flexibility.
  • the base material 5 is located at one end of the heat utilization power generation module 1 in the stacking direction, and the base material 6 is located at the other end of the heat utilization power generation module 1 in the stacking direction.
  • Each of the substrates 5 and 6 has flexibility and heat resistance.
  • each of the base materials 5 and 6 is a heat-resistant resin substrate such as a polyimide substrate or a polyphenol substrate.
  • the thickness of each of the base materials 5 and 6 is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. In this case, each of the substrates 5 and 6 exhibits good flexibility.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a single heat-utilizing power generation element and terminals
  • FIG. 2B is a schematic diagram for explaining a power generation mechanism of the heat-utilizing power generation element.
  • the charge transport ion pair contained in the electrolyte layer 13 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is iron ion (Fe 2+ , Fe 3+ ).
  • FIG. 2B first, when the electron thermionic excitation layer 12a absorbs heat in a high temperature environment, electrons e ⁇ excited by the thermionic excitation layer 12a are generated.
  • the electrons e ⁇ move to the electron transport layer 12b.
  • holes h + are generated in the electron-thermally excited layer 12a.
  • the holes h + oxidize Fe 2+ at the first interface BS1 between the electron-thermally excited layer 12a and the electrolyte layer 13. That is, this hole h + robs the electron of Fe 2+ at the first interface BS1.
  • Fe 2+ located at the first interface BS1 becomes Fe 3+ .
  • the excess electrons e ⁇ in the electron transport layer 12b move to the outside, pass through the resistor R and the terminal T, and reach the electrolyte layer 13.
  • the electron e ⁇ that has reached the electrolyte layer 13 reduces Fe 3+ at the second interface BS2 between the electrolyte layer 13 and the terminal T.
  • Fe 3+ located at the second interface BS2 becomes Fe 2+ .
  • Fe 3+ oxidized at the first interface BS1 is diffused toward the second interface BS2, and Fe 2+ reduced at the second interface BS2 is diffused toward the first interface BS1.
  • the heat-utilizing power generation element 2 generates electricity by generating electrons by such thermal excitation and generating a redox reaction.
  • the work generated when an electron passes through the resistor R corresponds to power generation.
  • the heat utilization power generation module 1 includes base materials 5 and 6 exhibiting flexibility.
  • the heat-utilizing power generation element 2 and the pair of collector electrodes 3 and 4 also exhibit flexibility. Therefore, the heat utilization power generation module 1 can come into contact with the surface of a heat source such as a heat exhaust duct without a gap. Therefore, according to the first embodiment, it is possible to provide the heat utilization power generation module 1 that can efficiently receive heat from the heat source.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the heat utilization power generation module according to the modified example of the first embodiment.
  • the heat utilization power generation module 1A has a protective material 7 that covers the heat utilization power generation element 2.
  • the protective material 7 covers a portion (side surface of the heat utilization power generation element 2) exposed from the collector electrodes 3 and 4 in the heat utilization power generation element 2.
  • the electrolyte layer 13 may absorb heat and be fluidized.
  • the protective material 7 is formed so as to enter the inner side of the collecting electrodes 3 and 4 with respect to the side surfaces, the electrolyte layer 13 is sealed.
  • the protective material 7 preferably exhibits high thermal conductivity, and includes, for example, a heat-resistant polymer such as a resin containing Si (Si heat transfer resin), ceramics, and high thermal conductive glass. From the viewpoint of filling the side surface of the heat utilization power generation element 2 without gaps, the protective material 7 may contain a heat-resistant polymer. Even in such a modified example, the same effect as that of the first embodiment is exhibited. In addition, since the heat utilization power generation element 2 can be protected by the protective material 7, the life of the heat utilization power generation module 1A can be extended.
  • the protective material 7 may cover at least a part of the collector electrodes 3 and 4.
  • FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the heat utilization power generation module according to the second embodiment.
  • the heat utilization power generation module 1B includes a plurality of heat utilization power generation elements 2, a pair of collector electrodes 3 and 4, a pair of base materials 5, and 6, and a plurality of electron conductive layers. 8 is provided. A plurality of heat-utilizing power generation elements 2 and a plurality of electron conductive layers 8 are located between the pair of collector electrodes 3 and 4 in the stacking direction.
  • Each of the plurality of heat-utilizing power generation elements 2 in the second embodiment overlaps with each other along the stacking direction and is connected in series with each other.
  • the number of the plurality of heat-utilizing power generation elements 2 changes according to the performance required for the heat-utilizing power generation module 1B.
  • the stacking order of the electron thermal excitation layer 12a, the electron transport layer 12b, and the electrolyte layer 13 in each heat utilization power generation element 2 is the same.
  • the electron conduction layer 8 is a layer for conducting electrons moving in the heat utilization power generation module 1B only in a predetermined direction.
  • the electron conductive layer 8 is a layer that exhibits electron conductivity and does not exhibit ionic conductivity. Therefore, the electron conduction layer 8 can be said to be an ion conduction prevention layer.
  • the electron conductive layer 8 is located between the heat-utilizing power generation elements 2 adjacent to each other in the stacking direction. Therefore, the two heat-utilizing power generation elements 2 adjacent to each other in the stacking direction are connected in series with each other via the electron conductive layer 8.
  • the electron conductive layer 8 is in contact with the electrolyte layer 13 of one heat utilization power generation element 2 and the electron transport layer 12b of the other heat utilization power generation element 2, respectively.
  • the electron conductive layer 8 is formed by, for example, a squeegee method, a screen printing method, a discharge plasma sintering method, a compression molding method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, a CVD method, a spin coating method, a plating method, or the like.
  • the electron conductive layer 8 located between the adjacent heat-utilizing power generation elements 2 is the surface (electron heat) of the electron transport layer 12b included in one of the heat-utilizing power generation elements 2. It is provided on the surface opposite to the surface on which the excitation layer 12a is provided).
  • the electrolyte layer 13 is an inorganic electrolyte layer
  • the electron conduction layer 8 is provided on the surface of the electrolyte layer 13 included in the heat utilization power generation element 2.
  • the work function (or bandgap) of the electron conductive layer 8 is larger than the bandgap of the electron transport layer 12b.
  • the difference between the work function or band gap of the electron conductive layer 8 and the band gap of the electron transport layer 12b is, for example, 0.1 eV or more.
  • the valence electron charging position of the electron conductive layer 8 may be more positive than the reduction potential of the ions in the electrolyte layer 13 contained in the electrolyte layer 13. In this case, the oxidation reaction of the ions is unlikely to occur at the interface between the electron conductive layer 8 and the electrolyte layer 13.
  • the electron conductive layer 8 when the electrolyte layer is an organic electrolyte layer, the electron conductive layer 8 contains ITO (indium tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), an electron conductive polymer material, and the like.
  • the electron conductive layer 8 when the electrolyte layer is an inorganic electrolyte layer, the electron conductive layer 8 is Pt (platinum), Au (gold), Ag (silver), an aluminum alloy (for example, duralumin, Si—Al alloy), an electron conductive polymer material, or the like. including.
  • the electron conductive polymer material is, for example, PEDOT / PSS.
  • the conduction charge position of the electron conduction layer 8 may be more negative than the conduction charge position of the electron transport layer 12b. In this case, electrons easily move from the electron transport layer 12b to the electron conduction layer 8.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a heat utilization power generation module according to a comparative example.
  • the heat utilization power generation module 101 shown in FIG. 5 is different from the heat utilization power generation module 1B according to the second embodiment in that it does not include an electron conductive layer. Therefore, in the heat utilization power generation module 101, the heat utilization power generation elements 2 are in contact with each other and are connected in series with each other. Therefore, in the adjacent heat utilization power generation elements 2, the electron transport layer 12b included in one heat utilization power generation element 2 and the electrolyte layer 13 included in the other heat utilization power generation element 2 are in contact with each other.
  • FIG. 6A is a schematic diagram for explaining the movement of electrons in the heat utilization power generation module according to the comparative example
  • FIG. 6B is a schematic diagram for explaining the movement of electrons in the heat utilization power generation module according to the second embodiment. It is a schematic diagram for demonstrating the movement of.
  • one of the adjacent heat-utilizing power generation elements 2 is referred to as the first heat-utilizing power generation element 11, and the other is referred to as the second heat-utilizing power generation element 21.
  • the electron thermal excitation layer 12a contains the first semiconductor
  • the electron transport layer 12b contains the second semiconductor
  • the electrolyte layer 13 contains charge transport ion pairs (I 1 , I 2 ).
  • the redox potential of the charge transport ion pair contained in the electrolyte layer 13 is located in the band gap of the first semiconductor and is more negative than the valence electron charging position of the first semiconductor. Further, it is assumed that the valence electron charging position of the second semiconductor is more positive than the valence electron charging position of the first semiconductor. That is, it is assumed that the redox potential of the charge transport ion pair is more negative than the valence electron charging position of the second semiconductor.
  • the valence of ion I 1 is higher than the valence of ion I 2 .
  • the electrolyte layer 13 of the first heat utilization power generation element 11 is included in the electron thermal excitation layer 12a included in the first heat utilization power generation element 11 and the second heat utilization power generation element 21. It is in contact with both the electron transport layer 12b.
  • diffused ions I 1 is the first interface BS1.
  • the ion I 2 diffuses into the third interface BS3 between the electron transport layer 12b of the second heat utilization power generation element 21 and the electrolyte layer 13 of the first heat utilization power generation element 11.
  • the electrons e ⁇ move from the second heat utilization power generation element 21 to the first heat utilization power generation element 11. That is, the electrons e ⁇ move along one side of the stacking direction in the heat utilization power generation module 101.
  • the electron transport layer 12b contains the second semiconductor, excited electrons e ⁇ can be generated also in the electron transport layer 12b.
  • holes h + can also be generated in the electron transport layer 12b.
  • the valence electron charging position of the second semiconductor is more positive than the valence electron charging position of the first semiconductor, and the oxidation-reduction potential of the charge transport ion pair is higher than the valence electron charging position of the second semiconductor. Is also negative.
  • holes h + are generated by the electron transport layer 12b, at third interface BS3, to oxidize the ion I 1 contained in the electrolyte layer 13.
  • the ion I 1 not only diffuses to the first interface BS1 side, but also diffuses to the third interface BS3 side.
  • the electrolyte layer 13 not only the electrons e ⁇ move from the second heat utilization power generation element 21 to the first heat utilization power generation element 11, but also the first heat utilization power generation element 11 to the second heat utilization power generation element 21
  • the electron e - can also move to. That is, when a plurality of heat-utilizing power generation elements 2 are simply laminated, the electrons e ⁇ in the electrolyte layer 13 can move to both sides in the stacking direction in the heat-utilizing power generation module 101.
  • the potential difference between the adjacent heat-utilizing power generation elements 2 becomes difficult to spread. Therefore, in the comparative example, even when a plurality of heat-utilizing power generation elements 2 are used, it is difficult to improve the electromotive force of the heat-utilizing power generation module 101. Therefore, the output of the heat-utilizing power generation module 101 is a theoretical value. May be lower than.
  • the electron conduction layer 8 is located between the adjacent heat utilization power generation elements 2.
  • the electrolyte layer 13 of one heat utilization power generation element 2 and the electron transport layer 12b of the other heat utilization power generation element 2 are separated from each other.
  • the holes h + can not rob electrons from the ion I 1 contained in the electrolyte layer 13. Therefore, the oxidation reaction of ion I 1 can be generated only at the first interface BS1.
  • the ions I 1 contained in the electrolyte layer 13 are less likely to diffuse to the fourth interface BS4 side between the electrolyte layer 13 and the electron conductive layer 8. That is, the ion I 1 is in the electrolyte layer 13 tends to be viewed from diffusing into the first interface BS1 side. As a result, the electrons e ⁇ in the heat utilization power generation module 1B can easily flow only in a desired direction. Therefore, in the heat utilization power generation module 1B, the potential difference between the adjacent heat utilization power generation elements 2 tends to widen, so that the electromotive force of the heat utilization power generation module 1B can be satisfactorily improved. In addition, by adjusting the number of heat-utilizing power generation elements 2 included in the heat-utilizing power generation module 1BFCP2.0, the electromotive force of the heat-utilizing power generation module 1B can be set to a value that meets the needs.
  • the thermoelectric conversion layer 12 has an electron thermal excitation layer 12a and an electron transport layer 12b laminated in the stacking direction, and the electron thermal excitation layer 12a contains electrons contained in one of the heat utilization power generation elements 2.
  • the electron conductor layer 8 is in contact with the electron transport layer 12b and the electrolyte layer 13, and the work function of the electron conductor layer 8 Alternatively, the bandgap may be larger than the bandgap of the electron transport layer 12b.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the third embodiment
  • FIG. 7B is another schematic cross-sectional view showing the heat utilization power generation module according to the third embodiment. is there.
  • the heat-utilizing power generation module 1C is composed of a plurality of heat-utilizing power generation elements 2, a plurality of first collecting electrodes 3A, and a plurality of second collecting electrodes 4A.
  • the material 5 is provided.
  • a plurality of heat-utilizing power generation elements 2, a plurality of first collecting electrodes 3A, and a plurality of second collecting electrodes 4A are located on the base material 5 in the stacking direction. That is, the plurality of heat utilization power generation elements 2, the plurality of first collecting electrodes 3A, the plurality of second collecting electrodes 4A, and the base material 5 overlap each other in the stacking direction.
  • the plurality of heat-utilizing power generation elements 2 include a first heat-utilizing power generation element 11A in which the thermoelectric conversion layer 12 and the electrolyte layer 13 are sequentially overlapped along the stacking direction, and the electrolyte layer 13 and the thermoelectric conversion layer 12.
  • the stacking order of 13 is different from each other.
  • the first heat utilization power generation element 11A and the second heat utilization power generation element 21A alternately overlap each other. Therefore, as shown in FIG. 7, the first collection electrode 3A, the first heat utilization power generation element 11A, the second collection electrode 4A, and the second heat utilization power generation element 21A are sequentially overlapped in the stacking direction. ..
  • the first collecting electrode 3A is an electrode that functions as one of a positive electrode and a negative electrode in the heat utilization power generation element 2.
  • the first collection electrode 3A has surfaces 3a and 3b extending in a direction intersecting the stacking direction (hereinafter, simply referred to as “horizontal direction”).
  • the surface 3a is located on the first heat utilization power generation element 11A side in the stacking direction and is in contact with the thermoelectric conversion layer 12 included in the first heat utilization power generation element 11A.
  • the surface 3b is located on the second heat utilization power generation element 21A side in the stacking direction and is in contact with the thermoelectric conversion layer 12 included in the second heat utilization power generation element 21A.
  • thermoelectric conversion layer 12 included in the first heat-utilizing power generation element 11A and the thermoelectric conversion layer 12 included in the second heat-utilizing power generation element 21A face each other via the first collecting electrode 3A.
  • the thermoelectric conversion layer 12 is provided only on the surface 3a of the first collecting electrode 3A which is closest to the base material 5 in the stacking direction.
  • the surface 3b of the first collection electrode 3A is in contact with the base material 5.
  • the second collecting electrode 4A is an electrode that functions as the other of the positive electrode and the negative electrode in the heat utilization power generation element 2.
  • the second collection electrode 4A has surfaces 4a and 4b extending in the horizontal direction.
  • the surface 4a is located on the first heat utilization power generation element 11A side in the stacking direction and is in contact with the electrolyte layer 13 included in the first heat utilization power generation element 11A.
  • the surface 4b is located on the second heat utilization power generation element 21A side in the stacking direction and is in contact with the electrolyte layer 13 included in the second heat utilization power generation element 21A.
  • the electrolyte layer 13 included in the first heat-utilizing power generation element 11A and the electrolyte layer 13 included in the second heat-utilizing power generation element 21A face each other via the second collecting electrode 4A.
  • the electrolyte layer 13 is provided only on the surface 4a of the second collecting electrode 4A which is the farthest from the base material 5 in the stacking direction. The surface 4b of the second collection electrode 4A is exposed.
  • a first collecting electrode 3A having a thermoelectric conversion layer 12 provided on each of the surfaces 3a and 3b, and a second collecting electrode 4A having an electrolyte layer 13 provided on each of the surfaces 4a and 4b. are alternately laminated.
  • the second collecting electrode 4A having the electrolyte layer 13 provided only on the surface 4a thereof is brought into contact with the first collecting electrode 3A located on the outermost side in the stacking direction, and is located on the outermost side in the stacking direction.
  • the first collecting electrode 3A provided with the electrolyte layer 13 is brought into contact with the second collecting electrode 4A only on the surface 3a thereof.
  • the first collection electrodes 3A are electrically connected to each other, and the second collection electrodes 4A are electrically connected to each other.
  • the first collection electrodes 3A are connected to each other via a first electrode (not shown), and the second collection electrodes 4A are connected to each other via a second electrode (not shown).
  • the first electrode functions as one of the positive electrode and the negative electrode of the heat utilization power generation module 1C
  • the second electrode functions as the other of the positive electrode and the negative electrode of the heat utilization power generation module 1C.
  • Each of the first electrode and the second electrode is provided on, for example, the base material 5, but is not limited thereto.
  • At least one of the first electrode and the second electrode may exhibit high thermal conductivity.
  • the thermal conductivity of at least one of the first electrode and the second electrode may be 10 W / m ⁇ K or more.
  • the heat utilization power generation module 1C according to the third embodiment described above also has the same effects as those of the first embodiment.
  • the heat-utilizing power generation elements 2 included in the heat-utilizing power generation module 1C overlap each other in the stacking direction and are connected in parallel to each other. Therefore, the output current of the heat utilization power generation module 1C can be increased while the heat utilization power generation module 1C viewed from the stacking direction is miniaturized.
  • the base material 6 may be provided as in the first embodiment.
  • the heat utilization power generation module according to the present disclosure is not limited to the above embodiment and the above modification, and various other modifications are possible.
  • the embodiment of the above modification of the first embodiment may be applied to other embodiments.
  • the heat utilization power generation module according to the second embodiment may have a protective material.
  • the heat utilization power generation element has a thermoelectric conversion layer and an electrolyte layer, but the present invention is not limited to this.
  • the heat-utilizing power generation element may have layers other than the above two layers.
  • the thermoelectric conversion layer has an electron thermal excitation layer and an electron transport layer, but is not limited thereto.
  • the thermoelectric conversion layer may have a layer other than the above two layers, or may have only an electron-thermally excited layer.
  • the electron transport layer is not limited to the semiconductor material.
  • the electron transport layer may be a metal material.
  • the metal material is, for example, a metal, an alloy, an N-type metal oxide, an N-type metal sulfide, an alkali metal halide, an alkali metal, or the like.
  • N-type metals are, for example, niobium, titanium, zinc, tin, vanadium, indium, tungsten, tantalum, zirconium, molybdenum and manganese.

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

熱利用発電モジュールは、可撓性基材と、可撓性基材上に位置する第１集電極と、第１集電極上に位置し、可撓性基材及び第１集電極の積層方向に沿って順に積層される第１熱電変換層及び第１電解質層を有する第１熱利用発電素子と、第１熱利用発電素子上に位置する第２集電極と、を備える。

Description

熱利用発電モジュール
　本開示は、熱利用発電モジュールに関する。
　地熱又は工場の排熱等を利用した熱利用発電として、ゼーベック効果を利用した方法が挙げられる。また、ゼーベック効果を利用しない熱利用発電として、下記特許文献１に開示される熱利用発電素子が挙げられる。下記特許文献１では、電解質と、熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料とを組み合わせることによって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが開示されている。このような熱利用発電素子を電子部品の電源として用いることによって、例えば一般的な電池が劣化しやすい高温環境下（例えば、５０℃以上）においても、当該電子部品に対して安定した電力を供給できる。
国際公開第２０１７／０３８９８８号
　上述したような熱を利用した発電装置は、例えば、排熱用ダクト等の熱源に装着されるなど、必ずしも装着対象が平面状であるとは限らない。上記発電装置の機能を十分に発揮する観点から、当該発電装置は、熱源から効率よく熱を受け取る構造を備えることが望ましい。
　本開示の一側面の目的は、熱源から効率よく受熱可能な熱利用発電モジュールを提供することである。
　本開示の一側面に係る熱利用発電モジュールは、可撓性基材と、可撓性基材上に位置する第１集電極と、第１集電極上に位置し、可撓性基材及び第１集電極の積層方向に沿って順に積層される第１熱電変換層及び第１電解質層を有する第１熱利用発電素子と、第１熱利用発電素子上に位置する第２集電極と、を備える。
　上記熱利用発電モジュールは、可撓性基材を備えており、このため可撓性を示す。このため、上記熱利用発電モジュールは、例えば排熱用ダクト等の熱源の表面に対して、隙間なく接触できる。したがって、熱源から効率よく受熱可能な熱利用発電モジュールを提供できる。
　上記熱利用発電モジュールは、積層方向において第１熱利用発電素子及び第２集電極の間に位置する電子伝導層と、積層方向において電子伝導層及び第２集電極の間に位置し、順に積層される第２熱電変換層及び第２電解質層を有する第２熱利用発電素子と、をさらに備え、第１熱利用発電素子と、第２熱利用発電素子とは、電子伝導層を介して互いに直列接続されてもよい。この場合、第１熱利用発電素子と第２熱利用発電素子とが、電子伝導層を介して互いに離間する。これにより、熱利用発電モジュール内の電子は、所望の方向のみに沿って流れやすくなるので、熱利用発電モジュールの起電力を良好に向上できる。
　第１熱電変換層は、積層方向において積層される電子熱励起層及び電子輸送層を有し、電子熱励起層は、積層方向において電子輸送層と第１電解質層との間に位置し、電子伝導層は電子輸送層及び第２電解質層に接し、電子伝導層の仕事関数もしくはバンドギャップは、電子輸送層のバンドギャップよりも大きくてもよい。この場合、電子伝導層と第２電解質層との界面における電解質の酸化反応の発生を防止できる。これにより、第２電解質層内の電子は、所望の方向のみに沿って流れやすくなる。
　上記熱利用発電モジュールは、第２集電極上に位置し、積層方向において順に積層される第２電解質層及び第２熱電変換層を有する第２熱利用発電素子をさらに備え、第１熱利用発電素子と第２熱利用発電素子とは、互いに並列接続されてもよい。この場合、積層方向から見た熱利用発電モジュールを小型化しつつ、熱利用発電モジュールの出力電流を増大できる。
　本開示の一側面によれば、熱源から効率よく受熱可能な熱利用発電モジュールを提供できる。
図１（ａ）は、第１実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。 図２（ａ）は、単一の熱利用発電素子及び端子を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は、熱利用発電素子の発電機構を説明するための模式図である。 図３は、第１実施形態の変形例に係る熱利用発電モジュールの概略断面図である。 図４は、第２実施形態に係る熱利用発電モジュールの概略断面図を示す。 図５は、比較例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。 図６（ａ）は、比較例に係る熱利用発電モジュール内の電子の移動を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る熱利用発電モジュール内の電子の移動を説明するための模式図である。 図７（ａ）は、第３実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図であり、図７（ｂ）は、第３実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。
以下、添付図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
　まず、図１（ａ），（ｂ）を参照しながら、第１実施形態に係る熱利用発電モジュールの構成を説明する。図１（ａ）は、第１実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。図１（ａ）に示される熱利用発電モジュール１は、外部から熱が供給されることによって発電する機能を示す部材（すなわち、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電体）の集合体であり、可撓性を示す。例えば図１（ｂ）に示されるように、熱利用発電モジュール１は、屈曲可能である。熱利用発電モジュール１は、熱利用発電素子２と、一対の集電極３，４と、一対の基材５，６とを備える。熱利用発電モジュール１の形状は、特に限定されない。平面視における熱利用発電モジュール１の形状は、例えば矩形状等の多角形状でもよいし、円形状でもよいし、楕円形状でもよい。
　熱利用発電モジュール１は、熱利用発電素子２と、一対の集電極３，４と、一対の基材５，６とは、所定の方向に沿って互いに重なっている。熱利用発電素子２は、一対の集電極３，４の間に位置する。一対の集電極３，４は、一対の基材５，６の間に位置する。以下では、上記所定の方向を単に「積層方向」とする。本明細書における「同一」は、「完全同一」だけではなく「実質的に同一」も含む概念である。
　熱利用発電素子２は、同一形状を呈する熱発電体であり、外部から熱が供給されることによって熱励起電子及び正孔を生成する。熱利用発電素子２による熱励起電子及び正孔の生成は、例えば２５℃以上３００℃以下にて実施される。十分な数の熱励起電子及び正孔を生成する観点から、熱利用発電モジュール１の使用時において熱利用発電素子２は、例えば５０℃以上に加熱されてもよい。熱利用発電素子２の劣化等を良好に防止する観点から、熱利用発電モジュール１の使用時において熱利用発電素子２は、例えば２００℃以下に加熱されてもよい。十分な数の熱励起電子が生成される温度は、例えば「熱利用発電素子２の熱励起電子密度が１０１５／ｃｍ３以上となる温度」である。
　熱利用発電素子２は、積層方向において互いに重なる熱電変換層１２及び電解質層１３を有する積層体である。熱電変換層１２は、積層方向において互いに重なる電子熱励起層１２ａ及び電子輸送層１２ｂを有し、可撓性を示す層である。第１実施形態では、熱利用発電素子２における電子熱励起層１２ａ、電子輸送層１２ｂ及び電解質層１３の積層順序は、揃っている。
　電子熱励起層１２ａは、熱利用発電素子２にて熱励起電子及び正孔を生成する層であり、電解質層１３に接する。電子熱励起層１２ａは、熱電変換材料を含む。熱電変換材料は、高温環境下にて励起電子が増加する材料であり、例えば、金属半導体（Ｓｉ，Ｇｅ）、テルル化合物半導体、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ－Ｇｅ）化合物半導体、シリサイド化合物半導体、スクッテルダイト化合物半導体、クラスレート化合物半導体、ホイスラー化合物半導体、ハーフホイスラー化合物半導体、金属酸化物半導体、金属硫化物半導体、有機半導体等の半導体材料である。比較的低温にて十分な熱励起電子を生成する観点及び可撓性の観点から、熱電変換材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）でもよい。
　電子熱励起層１２ａは、複数の熱電変換材料を含んでもよい。電子熱励起層１２ａは、熱電変換材料以外の材料を含んでもよい。例えば、電子熱励起層１２ａは、熱電変換材料を結合させるバインダ、熱電変換材料の成形を補助する焼結助剤などを含んでもよい。電子熱励起層１２ａは、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、放電プラズマ焼結法、圧縮成形法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、スピンコート法等によって形成される。電子熱励起層１２ａの厚さは、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。この場合、電子熱励起層１２ａは、良好な可撓性を示す。
　電子輸送層１２ｂは、電子熱励起層１２ａにて生成された熱励起電子を外部へ輸送する層であり、積層方向において電子熱励起層１２ａを介して電解質層１３の反対側に位置する。よって熱利用発電素子２では、電子輸送層１２ｂ、電子熱励起層１２ａ、及び電解質層１３は、積層方向において順に積層される。電子輸送層１２ｂは、電子輸送材料を含む。電子輸送材料は、その伝導帯電位が熱電変換材料の伝導帯電位と同じかそれよりも正である材料である。電子輸送材料の伝導帯電位と、熱電変換材料の伝導帯電位との差は、例えば０．０１Ｖ以上０．１Ｖ以下である。電子輸送材料は、例えば半導体材料、電子輸送性有機物等である。電子輸送層１２ｂは、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、放電プラズマ焼結法、圧縮成形法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成される。電子輸送層１２ｂの厚さは、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。この場合、電子輸送層１２ｂは、良好な可撓性を示す。
　電子輸送材料に用いられる半導体材料は、例えば、電子熱励起層１２ａに含まれる半導体材料と同一である。電子輸送性有機物は、例えば、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型低分子有機半導体、π電子共役化合物等である。電子輸送層１２ｂは、複数の電子輸送材料を含んでもよい。電子輸送層１２ｂは、電子輸送材料以外の材料を含んでもよい。例えば、電子輸送層１２ｂは、電子輸送材料を結合させるバインダ、電子輸送材料の成形を補助する焼結助剤などを含んでもよい。電子輸送性及び可撓性の観点から、半導体材料はｎ型Ｓｉでもよい。ｎ型Ｓｉを含む電子輸送層１２ｂは、例えばシリコン層にリン等をドーピングすることによって形成される。
　電解質層１３は、熱利用発電素子２にて十分な数の熱励起電子が生成される温度にて、電荷輸送イオン対が内部を移動できる電解質を含む層である。電解質層１３内を上記電荷輸送イオン対が移動することによって、電解質層１３に電流が流れる。「電荷輸送イオン対」は、互いに価数が異なる安定な一対のイオンである。一方のイオンが酸化または還元されると他方のイオンとなることによって、電子と正孔とを移動できる。電解質層１３内の電荷輸送イオン対の酸化還元電位は、電子熱励起層１２ａに含まれる熱電変換材料の価電子帯電位よりも負である。このため、電子熱励起層１２ａと電解質層１３との界面では、電荷輸送イオン対のうち、酸化されやすいイオンが酸化され、他方のイオンとなる。電解質層１３は、電荷輸送イオン対以外のイオンを含んでもよい。電解質層１３は、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、又はスピンコート法によって形成できる。電解質層１３の厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この場合、電解質層１３は、良好な可撓性を示す。
　電解質層１３に含まれる電解質は、特に限定されない。当該電解質は、例えば、液体電解質でもよいし、固体電解質でもよいし、ゲル状電解質でもよい。第１実施形態では、電解質層１３は固体電解質を含む。固体電解質は、例えば、上記温度にて物理的及び化学的に安定である物質であり、多価イオンを含み得る。固体電解質は、例えば、ナトリウムイオン伝導体、銅イオン伝導体、鉄イオン伝導体、リチウムイオン伝導体、銀イオン伝導体、水素イオン伝導体、ストロンチウムイオン伝導体、アルミニウムイオン伝導体、フッ素イオン伝導体、塩素イオン伝導体、酸化物イオン伝導体等である。固体電解質は、例えば、分子量６０万以下のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）またはその誘導体でもよい。固体電解質がＰＥＧである場合、例えば銅イオン、鉄イオン等の多価イオン源が電解質層１３に含まれてもよい。寿命向上等の観点から、アルカリ金属イオンが電解質層１３に含まれてもよい。ＰＥＧの分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量に相当する。
　電解質層１３は、有機電解質層でもよいし、無機電解質層でもよい。電解質層１３が有機電解質層であるか無機電解質層であるかは、例えば電子伝導層８の組成に応じて決定される。有機電解質層は、例えば１又は複数の有機物を主な組成とする電解質層である。有機物は、低分子有機化合物及び高分子有機化合物の少なくとも一方を含む。無機電解質層は、例えば１又は複数の無機物を主な組成とする電解質層である。無機物は、単体でもよいし、無機化合物でもよい。有機電解質層に無機物が含まれてもよいし、無機電解質層に有機物が含まれてもよい。上述した有機物及び無機物のそれぞれは、電解質であってもよいし、電解質とは異なってもよい。例えば、電解質層１３は、電解質を結合させるバインダ、電解質の成形を補助する焼結助剤などとして機能する有機物または無機物を含み得る。電解質層１３はホール輸送半導体でもよい。
　集電極３は、熱利用発電モジュール１における正極及び負極の一方として機能する電極であり、積層方向において熱利用発電モジュール１の一端側に位置する。集電極４は、熱利用発電モジュール１における正極及び負極の他方として機能する電極であり、積層方向において熱利用発電モジュール１の他端側に位置する。集電極３，４のそれぞれは、例えば単層構造もしくは積層構造を有する導電板である。導電板は、例えば、金属板、合金板、及びそれらの複合板である。集電極３，４のそれぞれの厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この場合、集電極３，４のそれぞれは、良好な可撓性を示す。熱利用発電モジュール１の性能を良好に発揮する観点から、集電極３，４の少なくとも一方は、高熱伝導性を示してもよい。例えば、集電極３，４の少なくとも一方の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよい。熱利用発電モジュール１では温度差は不要であるため、集電極３，４の両方が高熱伝導性を示すことが望ましい。
　基材５，６のそれぞれは、熱利用発電素子２と、集電極３，４とを保護すると共に可撓性を示す部材（可撓性基材）である。基材５は、積層方向において熱利用発電モジュール１の一端に位置し、基材６は、積層方向において熱利用発電モジュール１の他端に位置する。基材５，６のそれぞれは、可撓性及び耐熱性を備える。例えば、基材５，６のそれぞれは、ポリイミド基板、ポリフェノール基板等の耐熱性樹脂基板である。基材５，６のそれぞれの厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この場合、基材５，６のそれぞれは、良好な可撓性を示す。
　次に、図２を参照しながら、熱利用発電素子の発電機構の概要について説明する。図２（ａ）は、単一の熱利用発電素子及び端子を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は、熱利用発電素子の発電機構を説明するための模式図である。説明のため、図２（ａ），（ｂ）に示される電解質層１３に含まれる電荷輸送イオン対を鉄イオン（Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋）とする。図２（ｂ）に示されるように、まず、高温環境下において、電子熱励起層１２ａが熱を吸収すると、電子熱励起層１２ａにて励起した電子ｅ－が生じる。この電子ｅ－は、電子輸送層１２ｂに移動する。これにより、電子熱励起層１２ａには正孔ｈ＋が生じる。この正孔ｈ＋は、電子熱励起層１２ａと電解質層１３との第１界面ＢＳ１にてＦｅ２＋を酸化する。すなわち、この正孔ｈ＋が第１界面ＢＳ１にてＦｅ２＋の電子を奪う。これにより、第１界面ＢＳ１に位置するＦｅ２＋がＦｅ３＋になる。一方、電子輸送層１２ｂ内にて過剰になった電子ｅ－は、外部に移動し、抵抗Ｒ及び端子Ｔを通過して電解質層１３に到達する。電解質層１３に到達した電子ｅ－は、電解質層１３と端子Ｔとの第２界面ＢＳ２にてＦｅ３＋を還元する。これにより、第２界面ＢＳ２に位置するＦｅ３＋がＦｅ２＋になる。そして、第１界面ＢＳ１にて酸化されたＦｅ３＋が第２界面ＢＳ２に向かって拡散されると共に、第２界面ＢＳ２にて還元されたＦｅ２＋が第１界面ＢＳ１に向かって拡散される。これにより、第１界面ＢＳ１と第２界面ＢＳ２との上記酸化還元反応が維持される。このような熱励起による電子の生成と、酸化還元反応とが発生することによって、熱利用発電素子２が発電する。電子が抵抗Ｒを通過する際に発生する仕事が発電に相当する。
　以上に説明した第１実施形態に係る熱利用発電モジュール１は、可撓性を示す基材５，６を備えている。加えて、熱利用発電素子２と一対の集電極３，４とのそれぞれも、可撓性を示す。このため、熱利用発電モジュール１は、例えば排熱用ダクト等の熱源の表面に対して、隙間なく接触できる。したがって第１実施形態によれば、熱源から効率よく受熱可能な熱利用発電モジュール１を提供できる。
　図３は、第１実施形態の変形例に係る熱利用発電モジュールの概略断面図である。図３に示されるように、熱利用発電モジュール１Ａは、熱利用発電素子２を覆う保護材７を有する。本変形例では、保護材７は、熱利用発電素子２において集電極３，４から露出する部分（熱利用発電素子２の側面）を覆う。電解質層１３の材料が例えばポリマーである場合、電解質層１３が熱を吸収して流動化する可能性がある。図３の形態の場合では、保護材７が集電極３、４の側面よりも内部側に入り込むように形成されているので、電解質層１３が封止されている。このため素子の変形による液漏れを防止できる。これにより集電極３、４の短絡を防止できる。熱発電効率の観点から、保護材７は、高熱伝導性を示すことが望ましく、例えばＳｉを含む樹脂（Ｓｉ伝熱樹脂）等の耐熱性ポリマー、セラミックス、高熱伝導性ガラス等を含む。熱利用発電素子２の側面を隙間なく埋める観点から、保護材７は、耐熱性ポリマーを含んでもよい。このような変形例においても、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、熱利用発電素子２を保護材７によって保護できるので、熱利用発電モジュール１Ａを高寿命化できる。保護材７は、集電極３，４の少なくとも一部を覆ってもよい。
（第２実施形態）
　以下では、第２実施形態に係る熱利用発電モジュールについて説明する。第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。
　図４は、第２実施形態に係る熱利用発電モジュールの概略断面図を示す。図４に示されるように、熱利用発電モジュール１Ｂは、複数の熱利用発電素子２と、一対の集電極３，４と、一対の基材５，６とに加えて、複数の電子伝導層８を備える。積層方向において一対の集電極３，４の間には、複数の熱利用発電素子２と、複数の電子伝導層８とが位置する。
　第２実施形態における複数の熱利用発電素子２のそれぞれは、積層方向に沿って互いに重なっており、且つ、互いに直列接続されている。複数の熱利用発電素子２の数は、熱利用発電モジュール１Ｂに対して求められる性能に応じて変化する。第２実施形態では、各熱利用発電素子２における電子熱励起層１２ａ、電子輸送層１２ｂ及び電解質層１３の積層順序は、揃っている。
　電子伝導層８は、熱利用発電モジュール１Ｂ内を移動する電子を所定の方向のみに伝導させるための層である。第２実施形態では、電子伝導層８は、電子伝導性を示し、且つ、イオン伝導性を示さない層である。よって電子伝導層８は、イオン伝導防止層とも言える。電子伝導層８は、積層方向において隣り合う熱利用発電素子２同士の間に位置する。このため、積層方向において隣り合う２つの熱利用発電素子２同士は、電子伝導層８を介して互いに直列接続される。電子伝導層８は、一方の熱利用発電素子２の電解質層１３と、他方の熱利用発電素子２の電子輸送層１２ｂとのそれぞれに接している。
　電子伝導層８は、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、放電プラズマ焼結法、圧縮成形法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法、メッキ法等によって形成される。例えば電解質層１３が有機電解質層である場合、隣り合う熱利用発電素子２同士の間に位置する電子伝導層８は、一方の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層１２ｂの表面（電子熱励起層１２ａが設けられた表面と反対側の表面）に設けられる。例えば電解質層１３が無機電解質層である場合、電子伝導層８は、熱利用発電素子２に含まれる電解質層１３の表面に設けられる。
　第２実施形態では、電子伝導層８の仕事関数（もしくはバンドギャップ）は、電子輸送層１２ｂのバンドギャップより大きい。電子伝導層８の仕事関数もしくはバンドギャップと、電子輸送層１２ｂのバンドギャップとの差は、例えば０．１ｅＶ以上である。電子伝導層８の価電子帯電位は、電解質層１３に含まれる電解質層１３内のイオンの還元電位よりも正でもよい。この場合、電子伝導層８と電解質層１３との界面にて、上記イオンの酸化反応が発生しにくい。例えば、電解質層が有機電解質層である場合、電子伝導層８は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、電子伝導ポリマー材料等を含む。例えば電解質層が無機電解質層である場合、電子伝導層８は、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、アルミニウム合金（例えば、ジュラルミン、Ｓｉ－Ａｌ合金）、電子伝導ポリマー材料等を含む。電子伝導ポリマー材料は、例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳである。電子伝導層８の伝導帯電位は、電子輸送層１２ｂの伝導帯電位よりも負でもよい。この場合、電子輸送層１２ｂから電子伝導層８へ電子が移動しやすくなる。
　以上に説明した第２実施形態に係る熱利用発電モジュール１Ｂにおいても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第１実施形態とは異なる熱利用発電モジュール１Ｂの作用効果について、以下に示す比較例を用いながら説明する。図５は、比較例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図５に示される熱利用発電モジュール１０１は、電子伝導層を備えない点で、第２実施形態に係る熱利用発電モジュール１Ｂと異なる。このため熱利用発電モジュール１０１では、各熱利用発電素子２は互いに接しており、且つ、互いに直列接続される。このため、隣り合う熱利用発電素子２同士においては、一方の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層１２ｂと、他方の熱利用発電素子２に含まれる電解質層１３とが、互いに接する。
　図６（ａ）は、比較例に係る熱利用発電モジュール内の電子の移動を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る熱利用発電モジュール内の電子の移動を説明するための模式図である。説明のため、図６（ａ），（ｂ）においては、隣り合う熱利用発電素子２の一方を第１熱利用発電素子１１とし、他方を第２熱利用発電素子２１とする。電子熱励起層１２ａには第１半導体が含まれ、電子輸送層１２ｂには第２半導体が含まれ、電解質層１３には電荷輸送イオン対（Ｉ１，Ｉ２）が含まれるとする。加えて、電解質層１３に含まれる電荷輸送イオン対の酸化還元電位は、第１半導体のバンドギャップ内に位置し、且つ、第１半導体の価電子帯電位よりも負である。さらには、第２半導体の価電子帯電位は、第１半導体の価電子帯電位よりも正であるとする。すなわち、電荷輸送イオン対の酸化還元電位は、第２半導体の価電子帯電位よりも負であるとする。イオンＩ１の価数は、イオンＩ２の価数よりも大きい。
　図６（ａ）に示されるように、第１熱利用発電素子１１の電解質層１３は、第１熱利用発電素子１１に含まれる電子熱励起層１２ａと、第２熱利用発電素子２１に含まれる電子輸送層１２ｂとの両方に接している。上述したように、第１熱利用発電素子１１においては、電解質層１３にて、イオンＩ１が第１界面ＢＳ１へ拡散する。図示はしないが、イオンＩ２は、第２熱利用発電素子２１の電子輸送層１２ｂと第１熱利用発電素子１１の電解質層１３との第３界面ＢＳ３へ拡散する。これにより、第２熱利用発電素子２１から第１熱利用発電素子１１へ電子ｅ－が移動する。すなわち、熱利用発電モジュール１０１における積層方向の一方側に沿って、電子ｅ－が移動する。
　ここで電子輸送層１２ｂには第２半導体が含まれているため、電子輸送層１２ｂにおいても励起した電子ｅ－が生成し得る。この電子ｅ－が電解質層１３に移動することによって、電子輸送層１２ｂにも正孔ｈ＋が生じ得る。上述したように、第２半導体の価電子帯電位は、第１半導体の価電子帯電位よりも正であり、且つ、電荷輸送イオン対の酸化還元電位は、第２半導体の価電子帯電位よりも負である。このため、電子輸送層１２ｂにて生成した正孔ｈ＋は、第３界面ＢＳ３にて、当該電解質層１３に含まれるイオンＩ１を酸化する。よって、積層方向における電解質層１３の両端にて酸化反応が発生する。この場合、イオンＩ１は、第１界面ＢＳ１側へ拡散するだけでなく、第３界面ＢＳ３側へも拡散してしまう。これにより、電解質層１３においては、第２熱利用発電素子２１から第１熱利用発電素子１１へ電子ｅ－が移動するだけではなく、第１熱利用発電素子１１から第２熱利用発電素子２１へも電子ｅ－が移動し得る。すなわち、複数の熱利用発電素子２を単に積層すると、電解質層１３において電子ｅ－は、熱利用発電モジュール１０１における積層方向の両側に移動し得る。このような場合、隣り合う熱利用発電素子２同士の電位差が広がりにくくなる。したがって、比較例においては、複数の熱利用発電素子２が用いられた場合であっても熱利用発電モジュール１０１の起電力が向上しにくく、このため、熱利用発電モジュール１０１の出力は、理論値よりも低くなってしまうことがある。
　これに対して第２実施形態に係る熱利用発電モジュール１Ｂでは、図６（ｂ）に示されるように、隣り合う熱利用発電素子２同士の間には電子伝導層８が位置する。このような電子伝導層８が設けられることによって、一方の熱利用発電素子２の電解質層１３と、他方の熱利用発電素子２の電子輸送層１２ｂとは、互いに離間する。この場合、電子輸送層１２ｂにて正孔ｈ＋が生じたとしても、当該正孔ｈ＋は、電解質層１３に含まれるイオンＩ１から電子を奪うことはできない。このため、イオンＩ１の酸化反応は、第１界面ＢＳ１のみにて発生させることができる。よって、電解質層１３に含まれるイオンＩ１が、電解質層１３と電子伝導層８との第４界面ＢＳ４側に拡散しにくくなる。すなわち、イオンＩ１は、電解質層１３において第１界面ＢＳ１側へのみ拡散する傾向にある。これにより、熱利用発電モジュール１Ｂ内の電子ｅ－は、所望の方向のみに沿って流れやすくなる。したがって、熱利用発電モジュール１Ｂにおいては、隣り合う熱利用発電素子２同士の電位差が広がりやすいので、熱利用発電モジュール１Ｂの起電力を良好に向上できる。加えて、熱利用発電モジュール１ＢＦＣＰ２．０に含まれる熱利用発電素子２の数を調整することによって、熱利用発電モジュール１Ｂの起電力をニーズに合った値に設定できる。
　第２実施形態では、熱電変換層１２は、積層方向において積層される電子熱励起層１２ａ及び電子輸送層１２ｂを有し、電子熱励起層１２ａは、一方の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層１２ｂと、他方の熱利用発電素子２に含まれる電解質層１３との間に位置し、電子伝導層８は上記電子輸送層１２ｂ及び上記電解質層１３に接し、電子伝導層８の仕事関数もしくはバンドギャップは、電子輸送層１２ｂのバンドギャップよりも大きくてもよい。この場合、電子伝導層８と電解質層１３との第４界面ＢＳ４における電解質（イオンＩ１）の酸化反応の発生を防止できる。これにより、電解質層１３内の電子ｅ－は、所望の方向のみに沿って流れやすくなる。
（第３実施形態）
　以下では、第３実施形態に係る熱利用発電モジュールについて説明する。第３実施形態の説明において第１及び実施形態と重複する記載は省略し、第１及び第２実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第３実施形態に第１及び第２実施形態の記載を適宜用いてもよい。
　図７（ａ）は、第３実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図であり、図７（ｂ）は、第３実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。図７（ａ），（ｂ）に示されるように、熱利用発電モジュール１Ｃは、複数の熱利用発電素子２と、複数の第１集電極３Ａと、複数の第２集電極４Ａと、基材５とを備える。積層方向において基材５上には、複数の熱利用発電素子２と、複数の第１集電極３Ａと、複数の第２集電極４Ａとが位置する。すなわち、複数の熱利用発電素子２と、複数の第１集電極３Ａと、複数の第２集電極４Ａと、基材５とは、積層方向において互いに重なる。
　第３実施形態では、複数の熱利用発電素子２は、熱電変換層１２と電解質層１３とが積層方向に沿って順に重なる第１熱利用発電素子１１Ａと、電解質層１３と熱電変換層１２とが積層方向に沿って順に重なる第２熱利用発電素子２１Ａとを有する。すなわち、第１熱利用発電素子１１Ａにおける電子熱励起層１２ａ、電子輸送層１２ｂ及び電解質層１３の積層順序と、第２熱利用発電素子２１Ａにおける電子熱励起層１２ａ、電子輸送層１２ｂ及び電解質層１３の積層順序とは、互いに異なる。加えて、積層方向において、第１熱利用発電素子１１Ａと第２熱利用発電素子２１Ａとは、交互に重なる。このため図７に示されるように、第１集電極３Ａと、第１熱利用発電素子１１Ａと、第２集電極４Ａと、第２熱利用発電素子２１Ａとが、積層方向において順に重なっている。
　第１集電極３Ａは、熱利用発電素子２における正極及び負極の一方として機能する電極である。第１集電極３Ａは、積層方向に交差する方向（以下、単に「水平方向」とする）に延在する表面３ａ，３ｂを有する。表面３ａは、積層方向において第１熱利用発電素子１１Ａ側に位置すると共に、第１熱利用発電素子１１Ａに含まれる熱電変換層１２に接する。表面３ｂは、積層方向において第２熱利用発電素子２１Ａ側に位置すると共に、第２熱利用発電素子２１Ａに含まれる熱電変換層１２に接する。このため、第１熱利用発電素子１１Ａに含まれる熱電変換層１２と、第２熱利用発電素子２１Ａに含まれる熱電変換層１２とは、第１集電極３Ａを介して互いに対向する。第３実施形態では、積層方向において最も基材５に近い第１集電極３Ａには、その表面３ａのみに熱電変換層１２が設けられる。この第１集電極３Ａの表面３ｂは、基材５と接触している。
　第２集電極４Ａは、熱利用発電素子２における正極及び負極の他方として機能する電極である。第２集電極４Ａは、水平方向に延在する表面４ａ，４ｂを有する。表面４ａは、積層方向において第１熱利用発電素子１１Ａ側に位置すると共に、第１熱利用発電素子１１Ａに含まれる電解質層１３に接する。表面４ｂは、積層方向において第２熱利用発電素子２１Ａ側に位置すると共に、第２熱利用発電素子２１Ａに含まれる電解質層１３に接する。このため、第１熱利用発電素子１１Ａに含まれる電解質層１３と、第２熱利用発電素子２１Ａに含まれる電解質層１３とは、第２集電極４Ａを介して互いに対向する。第３実施形態では、積層方向において基材５から最も離間した第２集電極４Ａには、その表面４ａのみに電解質層１３が設けられる。この第２集電極４Ａの表面４ｂは、露出している。
　第３実施形態では、例えば、表面３ａ，３ｂのそれぞれに熱電変換層１２が設けられた第１集電極３Ａと、表面４ａ，４ｂのそれぞれに電解質層１３が設けられた第２集電極４Ａとを交互に積層する。加えて、積層方向において最も外側に位置する第１集電極３Ａに対して、その表面４ａのみに電解質層１３が設けられた第２集電極４Ａを接触させると共に、積層方向において最も外側に位置する第２集電極４Ａに対して、その表面３ａのみに電解質層１３が設けられた第１集電極３Ａを接触させる。これにより、積層方向において順に重なる第１集電極３Ａと、第１熱利用発電素子１１Ａと、第２集電極４Ａと、第２熱利用発電素子２１Ａとを形成できる。
　第３実施形態では、第１集電極３Ａ同士は互いに電気的に接続されており、第２集電極４Ａ同士は互いに電気的に接続されている。例えば、第１集電極３Ａ同士は図示しない第１電極を介して互いに接続され、第２集電極４Ａ同士は図示しない第２電極を介して互いに接続される。この場合、第１電極は熱利用発電モジュール１Ｃの正極及び負極の一方として機能し、第２電極は熱利用発電モジュール１Ｃの正極及び負極の他方として機能する。第１電極及び第２電極のそれぞれは、例えば基材５上に設けられるが、これに限られない。熱利用発電モジュール１Ｃの性能を良好に発揮する観点から、第１電極及び第２電極の少なくとも一方は、高熱伝導性を示してもよい。例えば、第１電極及び第２電極の少なくとも一方の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよい。
　以上に説明した第３実施形態に係る熱利用発電モジュール１Ｃにおいても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、熱利用発電モジュール１Ｃに含まれる各熱利用発電素子２は、互いに積層方向に沿って重なると共に互いに並列接続される。このため、積層方向から見た熱利用発電モジュール１Ｃを小型化しつつ、熱利用発電モジュール１Ｃの出力電流を増大できる。第３実施形態においては、上記第１実施形態と同様に基材６が設けられてもよい。
　本開示に係る熱利用発電モジュールは、上記実施形態及び上記変形例に限定されず、他に様々な変形が可能である。例えば、上記第１実施形態の上記変形例の態様を、他の実施形態に適用してもよい。例えば、上記第２実施形態に係る熱利用発電モジュールは、保護材を有してもよい。
　上記実施形態及び上記変形例では、熱利用発電素子は熱電変換層及び電解質層を有しているが、これに限られない。熱利用発電素子は、上記２層以外の層を有してもよい。上記第１実施形態及び上記第３実施形態では、熱電変換層は、電子熱励起層及び電子輸送層を有しているが、これに限られない。熱電変換層は、上記２層以外の層を有してもよいし、電子熱励起層のみを有してもよい。
　上記第１実施形態及び上記第３実施形態では、電子輸送層は、半導体材料に限られない。例えば、当該電子輸送層は、金属材料でもよい。金属材料は、例えば金属、合金、Ｎ型金属酸化物、Ｎ型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属等である。Ｎ型金属は、例えばニオブ、チタン、亜鉛、錫、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン及びマンガンである。
　１，１Ａ～１Ｃ…熱利用発電モジュール、２…熱利用発電素子、３，４…集電極、３Ａ…第１集電極、４Ａ…第２集電極、５，６…基材（可撓性基材）、７…保護材、８…電子伝導層、１１…第１熱利用発電素子、１２…熱電変換層、１２ａ…電子熱励起層、１２ｂ…電子輸送層、１３…電解質層、２１…第２熱利用発電素子。

Claims (4)

  1. 　可撓性基材と、
    　前記可撓性基材上に位置する第１集電極と、
    　前記第１集電極上に位置し、前記可撓性基材及び前記第１集電極の積層方向に沿って順に積層される第１熱電変換層及び第１電解質層を有する第１熱利用発電素子と、
    　前記第１熱利用発電素子上に位置する第２集電極と、
    を備える熱利用発電モジュール。
  2. 　前記積層方向において前記第１熱利用発電素子及び前記第２集電極の間に位置する電子伝導層と、
    　前記積層方向において前記電子伝導層及び前記第２集電極の間に位置し、順に積層される第２熱電変換層及び第２電解質層を有する第２熱利用発電素子と、をさらに備え、
    　前記第１熱利用発電素子と、前記第２熱利用発電素子とは、前記電子伝導層を介して互いに直列接続される、請求項１に記載の熱利用発電モジュール。
  3. 　前記第１熱電変換層は、前記積層方向において積層される電子熱励起層及び電子輸送層を有し、
    　前記電子熱励起層は、前記積層方向において前記電子輸送層と前記第１電解質層との間に位置し、
    　前記電子伝導層は前記電子輸送層及び前記第２電解質層に接し、
    　前記電子伝導層の仕事関数もしくはバンドギャップは、前記電子輸送層のバンドギャップよりも大きい、請求項２に記載の熱利用発電モジュール。
  4. 　前記第２集電極上に位置し、前記積層方向において順に積層される第２電解質層及び第２熱電変換層を有する第２熱利用発電素子をさらに備え、
    　前記第１熱利用発電素子と前記第２熱利用発電素子とは、互いに並列接続される、請求項１に記載の熱利用発電モジュール。
PCT/JP2020/023825 2019-06-26 2020-06-17 熱利用発電モジュール WO2020262171A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20833258.5A EP3968394A4 (en) 2019-06-26 2020-06-17 ENERGY PRODUCTION MODULE USING HEAT
US17/621,159 US20220359806A1 (en) 2019-06-26 2020-06-17 Heat-utilizing power generation module
CN202080045521.2A CN114026706A (zh) 2019-06-26 2020-06-17 热利用发电模块

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-119044 2019-06-26
JP2019119044A JP2021005651A (ja) 2019-06-26 2019-06-26 熱利用発電モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020262171A1 true WO2020262171A1 (ja) 2020-12-30

Family

ID=74060918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/023825 WO2020262171A1 (ja) 2019-06-26 2020-06-17 熱利用発電モジュール

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220359806A1 (ja)
EP (1) EP3968394A4 (ja)
JP (1) JP2021005651A (ja)
CN (1) CN114026706A (ja)
WO (1) WO2020262171A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4307400A1 (en) * 2021-03-08 2024-01-17 Tokyo Institute of Technology Thermoelectric power generating element, thermoelectric power generating battery, and power generation stabilizing method
JP2023037269A (ja) * 2021-09-03 2023-03-15 三桜工業株式会社 熱利用発電モジュール及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010251692A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 熱電素子
WO2012140856A1 (ja) * 2011-04-12 2012-10-18 国立大学法人 筑波大学 酸化還元反応を利用した熱電変換方法および熱電変換素子
WO2017038988A1 (ja) 2015-09-04 2017-03-09 国立大学法人東京工業大学 熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法
JP2017152632A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 エクボ株式会社 発電素子の製造方法
JP2018019042A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社Ｇｃｅインスティチュート 熱電素子及び熱電素子の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010251692A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 熱電素子
WO2012140856A1 (ja) * 2011-04-12 2012-10-18 国立大学法人 筑波大学 酸化還元反応を利用した熱電変換方法および熱電変換素子
WO2017038988A1 (ja) 2015-09-04 2017-03-09 国立大学法人東京工業大学 熱電発電素子及びそれを含む熱電発電モジュール、並びにそれを用いた熱電発電方法
JP2017152632A (ja) * 2016-02-26 2017-08-31 エクボ株式会社 発電素子の製造方法
JP2018019042A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社Ｇｃｅインスティチュート 熱電素子及び熱電素子の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3968394A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3968394A4 (en) 2023-07-19
JP2021005651A (ja) 2021-01-14
US20220359806A1 (en) 2022-11-10
EP3968394A1 (en) 2022-03-16
CN114026706A (zh) 2022-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220367778A1 (en) Thermoelectric generation device
WO2020262171A1 (ja) 熱利用発電モジュール
JP2024014924A (ja) 熱発電電池、熱発電電池の製造方法及び熱発電体の製造方法
JP2018006622A (ja) 光電変換素子及び太陽電池
KR101139617B1 (ko) 방사선 선원이 전극을 겸하는 다층구조의 반도체 원자력 전지
JP7329517B2 (ja) 熱利用発電池、及びそれを用いた熱利用発電方法
WO2020262164A1 (ja) 熱利用発電モジュール及びそれを備える熱発電装置
WO2020262165A1 (ja) 熱利用発電モジュール
JP2016184726A (ja) 太陽電池
US20220254979A1 (en) Heat generator
WO2023033062A1 (ja) 熱利用発電モジュール及びその製造方法
JP2009176430A (ja) エネルギー変換素子およびその製造方法
JP2024030453A (ja) 熱利用発電モジュール
JP2024030452A (ja) 熱利用発電モジュール
US20240357935A1 (en) Heat-utilizing power generation module and manufacturing method therefor
KR20140027632A (ko) 광전변환소자

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20833258

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020833258

Country of ref document: EP

Effective date: 20211208

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE