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公開番号2024057727
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022164577
出願日2022-10-13
発明の名称熱電変換材料、熱電変換素子および熱電変換モジュール
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10N 10/851 20230101AFI20240418BHJP()
要約【課題】熱電変換の効率を向上させることができる熱電変換材料を提供する。
【解決手段】熱電変換材料は、SiGeから構成されるベース材料と、ドーパントとして機能する第1の添加元素と、第1の添加元素と異なる第2の添加元素と、酸素と、を含む。第2の添加元素は、Mg、Ca、Tiのうちの少なくともいずれか1つを含む。ベース材料に対する第2の添加元素の含有割合は、0.5at%以上5at%以下である。ベース材料の断面の視野であって、粒界が視野の互いに対向する辺を横切るように選択された視野において、第2の添加元素と酸素の分布が正の相関関係を有する。相関関係の相関係数は、0.2以上1.0未満の範囲である。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ＳｉＧｅから構成されるベース材料と、
ドーパントとして機能する第１の添加元素と、
前記第１の添加元素と異なる第２の添加元素と、
酸素と、を含み、
前記第２の添加元素は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉのうちの少なくともいずれか１つを含み、
前記ベース材料に対する前記第２の添加元素の含有割合は、０．５ａｔ％以上５ａｔ％以下であり、
前記ベース材料の断面の視野であって、粒界が前記視野の互いに対向する辺を横切るように選択された視野において、前記第２の添加元素と前記酸素の分布が正の相関関係を有し、
前記相関関係の相関係数は、０．２以上１．０未満の範囲である、熱電変換材料。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
１００ｎｍ角以上２μｍ角以下の前記視野において、前記酸素の濃度が第１の濃度である第１領域と、前記酸素の濃度が前記第１の濃度よりも高い第２の濃度である第２領域と、を含み、
前記第１の濃度と前記第２の濃度との差は、１０ａｔ％以上である、請求項１に記載の熱電変換材料。
【請求項３】
前記熱電変換材料は、窒素を含む、請求項１または請求項２に記載の熱電変換材料。
【請求項４】
前記ベース材料は、アモルファス相を含む、請求項１または請求項２に記載の熱電変換材料。
【請求項５】
前記第１の添加元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのいずれかである、請求項１または請求項２に記載の熱電変換材料。
【請求項６】
熱電変換材料部と、
前記熱電変換材料部と電気的に接触して配置される第１電極と、
前記熱電変換材料部と電気的に接触し、前記第１電極と離れて配置される第２電極と、を備え、
前記熱電変換材料部を構成する材料は、導電型がｐ型またはｎ型となるように成分が調整された請求項１または請求項２に記載の熱電変換材料である、熱電変換素子。
【請求項７】
請求項６に記載の熱電変換素子を複数含む、熱電変換モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱電変換材料、熱電変換素子および熱電変換モジュールに関するものである。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
温度差（熱エネルギー）を電気に変換するＳｉＧｅ系の熱電変換材料が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００－１１４６０６号公報
特表２０１１－５２７５１７号公報
特開２０１３－１５７３６２号公報
【非特許文献】
【０００４】
ＴａｔｓｕｈｉｋｏＡｉｚａｗａｅｔａｌ．、“Ｓｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＭｇ－Ｓｉ－ＧｅＳｙｓｔｅｍ”、ＭａｔｅｒｉａｌＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．７（２００５）ｐｐ．１４９０ｔｏ１４９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱電変換を実施するための材料（熱電変換材料）を用いた温度差（熱エネルギー）の電気エネルギーへの変換効率ηは以下の式（１）で与えられる。
【０００６】
η＝ΔＴ／Ｔ
ｈ
・（Ｍ－１）／（Ｍ＋Ｔ
ｃ
／Ｔ
ｈ
）・・・（１）
【０００７】
ηは変換効率、ΔＴはＴ
ｈ
とＴ
ｃ
との差、Ｔ
ｈ
は高温側の温度、Ｔ
ｃ
は低温側の温度、Ｍは（１＋ＺＴ）
１／２
、ＺＴ＝α
２
ＳＴ／κ、ＺＴは無次元性能指数、αはゼーベック係数、Ｓは導電率、κは熱伝導率である。変換効率はＺＴの単調増加関数である。
【０００８】
また、単位温度差あたりの発電量に相当するパワーファクター（以下、「ＰＦ」と略す場合もある。）は、以下の式（２）で示される。ここで、式（２）中において、αはゼーベック係数であり、Ｓは導電率である。
【０００９】
ＰＦ＝α
２
×Ｓ・・・（２）
【００１０】
効率的な熱電変換を行うためには、ＰＦを増加させることが重要である。ＰＦを増加させることができれば、熱電変換の効率を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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