特許ウォッチ

公開番号2025018777
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122772
出願日2023-07-27
発明の名称積層体及びそれを備えた熱電変換材料
出願人東ソー株式会社
代理人
主分類H10N 10/851 20230101AFI20250130BHJP()
要約【課題】
銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるp型半導体とn型半導体が積層した積層体、これを備えた熱電変換材料及熱電変換モジュールの少なくともいずれかを提供する。
【解決手段】
p型半導体層、p型半導体及びn型半導体を含有する混合半導体層、並びに、n型半導体層がこの順で積層した構造を有し、なおかつ、
前記混合半導体層が2層以上の単位層が積層した構造を有する、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金の積層体。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ｐ型半導体層、ｐ型半導体及びｎ型半導体を含有する混合半導体層、並びに、ｎ型半導体層がこの順で積層した構造を有し、なおかつ、
前記混合半導体層が２層以上の単位層が積層した構造を有する、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金の積層体。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記ｎ型半導体層に直接積層する単位層のｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比が、前記ｐ型半導体層に直接積層するｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比よりも小さい、請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記ｎ型半導体層に直接積層する単位層のｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比が０．４５以上である、請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項４】
前記ｐ型半導体層、前記単位層及び前記ｎ型半導体層を構成するシリコン合金は、それぞれ、銀、バリウム及びシリコンの合計原子量を１００ａｔ％としたときの原子割合が以下を満たす組成を有する、請求項１又は２に記載の積層体。
銀：９ａｔ％以上又は１５ａｔ％以上、かつ、
２７ａｔ％以下
バリウム：２０ａｔ％以上又は３０ａｔ％以上、かつ、
５３ａｔ％以下又は４５ａｔ％以下
シリコン：２９ａｔ％以上又は３２ａｔ％以上、かつ、
６４ａｔ％以下又は５２ａｔ％以下
【請求項５】
請求項１又は２に記載の積層体を備えた熱電変換材料。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の積層体を備えた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、積層体及びそれを用いた熱電変換材料に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
熱電変換材料は熱電変換素子に組み込まれ、熱電変換モジュールとして使用されている。近年、ウェアラブルデバイスへの適用などを目的とし、熱電変換モジュールの小型化に対する需要が高くなってきている。従来、ビスマス（Ｂｉ）とテルル（Ｔｅ）からなるビスマスーテルル合金が熱電変換材料として使用されてきた。しかしながら、低環境負荷や、低コストなどの観点から、シリコン（Ｓｉ）とシリコン以外の元素を含むシリコン合金が、熱電変換材料として検討されている。熱電変換材料として機能するシリコン合金として、本発明者らは、銀、バリウム及びシリコンを主成分とするシリコン合金（珪化物系合金材料）を報告している（特許文献１）。
【０００３】
ところで、熱電変換素子は、温度差が小さくなると発電が停止するため、高温部分と低温部分が近接して存在する場所での使用に限定されるという課題があった。このような課題に対して、特許文献２では、特定のｐ型半導体部とｎ型半導体部が接合した焼結体とすることで各半導体部の温度差が１℃以下の条件においても大きな発電が可能な熱電変換素子構造が提案され、性能実証されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１８１３９７号公報
特開２０２０－０８８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示では、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるｐ型半導体とｎ型半導体が積層した積層体、これを備えた熱電変換材料及熱電変換モジュールの少なくともいずれか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】
【０００６】
本開示において、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるｐ型半導体とｎ型半導体との積層について検討した。その結果、特許文献２に開示された方法で銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるｐ型半導体とｎ型半導体を積層すると、積層界面で割れが発生し、一体となった積層体が得られないことが確認された。さらに、ｐ型半導体及びｎ型半導体の間に特定の中間層を介在することで、接合界面における欠陥の発生が抑制され、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるｐ型半導体とｎ型半導体とが一体となった積層体が得られることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は特許請求の範囲に記載の通りであり、また、本開示の要旨は以下の通りである。
［１］ｐ型半導体層、ｐ型半導体及びｎ型半導体を含有する混合半導体層、並びに、ｎ型半導体層がこの順で積層した構造を有し、なおかつ、
前記混合半導体層が２層以上の単位層が積層した構造を有する、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金の積層体。
［２］前記ｎ型半導体層に直接積層する単位層のｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比が、前記ｐ型半導体層に直接積層するｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比よりも小さい、上記［１］に記載の積層体。
［３］前記ｎ型半導体層に直接積層する単位層のｎ型半導体及びｐ型半導体の合計質量に対するｎ型半導体の質量比が０．４５以上である、上記［１］又は［２］に記載の積層体。
［４］前記ｐ型半導体層、前記単位層及び前記ｎ型半導体層を構成するシリコン合金は、それぞれ、銀、バリウム及びシリコンの合計原子量を１００ａｔ％としたときの原子割合が以下を満たす組成を有する、上記［１］乃至［３］のいずれかひとつに記載の積層体。
銀：９ａｔ％以上又は１５ａｔ％以上、かつ、
２７ａｔ％以下
バリウム：２０ａｔ％以上又は３０ａｔ％以上、かつ、
５３ａｔ％以下又は４５ａｔ％以下
シリコン：２９ａｔ％以上又は３２ａｔ％以上、かつ、
６４ａｔ％以下又は５２ａｔ％以下
【０００８】
［５］上記［１］乃至［４］のいずれかひとつに記載の積層体を備えた熱電変換材料。
［６］上記［１］乃至［４］のいずれかひとつに記載の積層体を備えた熱電変換モジュール。
【発明の効果】
【０００９】
本開示により、銀、バリウム及びシリコンからなるシリコン合金からなるｐ型半導体とｎ型半導体が積層した積層体、これを備えた熱電変換材料及熱電変換モジュールの少なくともいずれかを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示について詳細に説明する。しかしながら、以下に記載する構成要件の説明は本開示の実施形態の一例であり、本開示はこれらの内容に限定されるものではない。また、本明細書で開示した各構成及びパラメータは任意の組合せとすることができ、また、本明細書で開示した値の上限及び下限は任意の組合せとすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許