特許ウォッチ

公開番号2025018705
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122658
出願日2023-07-27
発明の名称熱電変換素子、熱電変換モジュール、広帯域イメージセンサー、熱電変換素子の製造方法
出願人学校法人東海大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10N 10/855 20230101AFI20250130BHJP()
要約【課題】薄膜化が容易であり、かつ物理的な強度や耐久性に優れた熱電変換素子、熱電変換モジュール、広帯域イメージセンサー、および熱電変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板の一主面に形成される、p型半導体領域とn型半導体領域とを有する半導体層と、前記半導体層に電気的に接続される電極層と、を有し、前記基板は、波長が0.2μm以上、100μm以下の範囲の任意の帯域の電磁波の吸収率が前記半導体層よりも小さい材料から構成され、前記基板は、前記半導体層の周縁よりも外側まで広がるように形成され、前記半導体層は繊維状炭素ナノ構造体を含み、前記半導体層の前記p型半導体領域と前記n型半導体領域との接合部は、前記基板の一主面に接している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、前記基板の一主面に形成される、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域とを有する半導体層と、前記半導体層に電気的に接続される電極層と、を有し、
前記基板は、波長が０．２μｍ以上、１００μｍ以下の範囲の任意の帯域の電磁波の吸収率が前記半導体層よりも小さい材料から構成され、
前記基板は、前記半導体層の周縁よりも外側まで広がるように形成され、
前記半導体層は繊維状炭素ナノ構造体を含み、
前記半導体層の前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との接合部は、前記基板の一主面に接していることを特徴とする熱電変換素子。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンナノチューブから構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブは、直径が０．５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との接合部には、更にｉ型半導体領域が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項５】
前記基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項６】
前記基板は、前記電磁波を透過可能な材料から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記基板は、ポリイミドフィルム、シクロオレフィン、ベンゾシクロブテンのうち、少なくとも１つを含むフィルムから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記ｎ型半導体領域は、前記繊維状炭素ナノ構造体とイオン性界面活性剤との還元焼成物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項９】
前記イオン性界面活性剤が、アニオン系界面活性剤であることを特徴とする請求項８に記載の熱電変換素子。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の熱電変換素子を複数備えたことを特徴とする熱電変換モジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子、熱電変換モジュール、広帯域イメージセンサー、および熱電変換素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＩｏＴ（モノのインターネット）技術を支える持続的電源として、身の回りにあるエネルギーを活用するＥＨ（ＥｎｅｒｇｙＨａｒｖｅｓｔｉｎｇ）技術を用いた電源が注目されている。このような電源に使用される発電素子の１つとして、熱電変換素子がある。熱電変換素子は、物質の両端に温度差を生じさせると電圧が生じるという「ゼーべック効果」を利用した素子であり、通常、ｎ（ネガティブ）型の熱電変換材料とｐ（ポジティブ）型の熱電変換材料とを組み合わせて構成する。
【０００３】
ここで、熱電変換素子を形成する熱電変換材料の１つとして、導電性に優れ、ドーピング材料によりｎ型またはｐ型に制御できること等から、カーボンナノチューブ（以下、単に「ＣＮＴ」ともいう）などの繊維状炭素ナノ構造体が使用されている。ＣＮＴは作製された時点ではｎ型であるが、大気に暴露すると酸化されてｐ型に戻ることが知られている。そこで、有機系材料を用いてドーピングすることでＣＮＴをｎ型に維持する技術が提案されている（例えば、特許文献１～２、非特許文献１～３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５７６８２９９号公報
特許第６３４００７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
Y. Nonoguchiet.al., Chem. Asian J. 13 (2018) 3942-3946.
Y. Nonoguchiet.al., Adv. Funct. Mater. 26 (2016) 302-3028.
N. Nakashima et.al., Sic. Rep. 5 (2015) 7951
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した各文献では、ｐｎ接合部分を積層型やブリッジ型にしており、薄膜化が困難であった。また、物理的な強度や耐久性の面でも課題があった。
【０００７】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、薄膜化が容易であり、かつ物理的な強度や耐久性に優れた熱電変換素子、熱電変換モジュール、広帯域イメージセンサー、および熱電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域とを有し、繊維状炭素ナノ構造体を含む半導体層と、この半導体層を形成する基板との間で表面積を異ならせることで、電磁波の照射によって半導体層の中心から周縁に向けて温度勾配が生じ、熱電効果が得られることを見出した。
【０００９】
本発明の一実施形態の熱電変換素子は、以下の構成を提案している。
（１）本発明の態様１の熱電変換素子は、基板と、前記基板の一主面に形成される、ｐ型半導体領域とｎ型半導体領域とを有する半導体層と、前記半導体層に電気的に接続される電極層と、を有し、前記基板は、波長が０．２μｍ以上、１００μｍ以下の範囲の任意の帯域の電磁波の吸収率が前記半導体層よりも小さい材料から構成され、前記基板は、前記半導体層の周縁よりも外側まで広がるように形成され、前記半導体層は繊維状炭素ナノ構造体を含み、前記半導体層の前記ｐ型半導体領域と前記ｎ型半導体領域との接合部は、前記基板の一主面に接していることを特徴とする。
【００１０】
（２）本発明の態様２は、態様１の熱電変換素子において、前記繊維状炭素ナノ構造体は、カーボンナノチューブから構成されることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許