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公開番号2025155001
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024058312
出願日2024-03-29
発明の名称熱電変換材料層
出願人リンテック株式会社
代理人弁理士法人大谷特許事務所
主分類H10N 10/857 20230101AFI20251002BHJP()
要約【課題】電気伝導率が向上された高い熱電性能を有する熱電変換材料層を提供する。
【解決手段】熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が1～50%である、熱電変換材料層。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、
前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～５０％である、熱電変換材料層。
続きを表示（約 390 文字）【請求項２】
熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、
熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記縦断面の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～４８％であり、かつ充填率が７０～９９％である、熱電変換材料層。
【請求項３】
前記単金属粒子の溶融温度が１３０～５５０℃である、請求項１又は２に記載の熱電変換材料層。
【請求項４】
前記熱電変換材料層は、熱電半導体組成物の塗布膜の焼成体からなる、請求項１又は２に記載の熱電変換材料層。
【請求項５】
一般式ＣｏＳｂ
(３-x-y)
Ｔｅ
x
Ｂｉ
y
で表される組成を有する、熱電変換材料層。
（一般式中、０．０２≦ｘ≦１．００、０．０２≦ｘ＋ｙ≦１．００、０≦ｙである。）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換材料層に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、エネルギーの有効利用手段の一つとして、ゼーベック効果やペルチェ効果などの熱電効果を有する熱電変換モジュールにより、熱エネルギーと電気エネルギーとを直接相互変換するようにした装置がある。
熱電変換モジュールとして、いわゆるπ型の熱電変換素子の構成が知られている。π型の熱電変換素子は、互いに離間する一対の電極を基板上に設け、例えば、―方の電極の上にＰ型熱電素子を、他方の電極の上にＮ型熱電素子を、同じく互いに離間して設け、両方の熱電素子の上面を対向する基板の共通電極に接続することで構成されている。また、いわゆるＩＰ（インプレーン）型の熱電変換素子の構成が知られている。ＩＰ型熱電変換素子は、熱電性能の観点から、通常、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とが基板の面内方向に交互に設けられ、例えば、隣接又は当接するＰ型熱電素子とＮ型熱電素子との上部又は下部等を、電極を介し直列に接続することで構成されている。
このような中、熱電変換モジュールの熱電性能の向上にかかる要求が依然としてある。
特許文献１では、熱電半導体粒子、バインダー樹脂、イオン液体、及び金属ナノ粒子を含む熱電半導体組成物の焼成体からなる熱電変換材料層であって、前記金属ナノ粒子は、４５０℃以下で焼結する粒子である、熱電変換材料層が開示されている。
特許文献２では、ＣｏＳｂ
３－ｘ－ｙ
Ｓｉ
ｘ
Ｔｅ
ｙ
（ここで、０．００３＜ｘ＜０．２５、０．０２５＜ｙ＜０．４０）の組成を有するスクッテルダイト熱電半導体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２２／０７１０４３号
特開２０１６－０６６７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の熱電変換材料層には、熱電半導体粒子間にイオン液体が存在することで電気伝導率の低下を抑制し、かつ金属ナノ粒子の存在することで熱電変換材料層内の内部欠陥（空隙部の存在）を低減させ電気伝導率を増加させることができ、その結果として熱電性能の向上につなげることができるが、さらなる熱電性能の向上が必要である。
また、特許文献２のスクッテルダイト熱電半導体は、中高温域できわめて高い熱電性能を示す系として知られている。こちらは、スクッテルダイトの籠状構造に対してＳｉとＴｅとを共にドープした構造であり、特許文献１とは異なり、導電率を比較的損なわず効果的に籠状構造内に熱伝導率を低減する乱れを導入することができ、その結果として熱電性能を向上させたものであるが、こちらについても、さらなる熱電性能の向上が必要である。
【０００５】
本発明は、上記を鑑み、電気伝導率が向上された高い熱電性能を有する熱電変換材料層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】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、熱電半導体粒子と単金属粒子とを含む熱電変換材料層において、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が特定の範囲にある熱電変換材料層が、電気伝導率が向上された高い熱電性能を有することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］～［５］を提供するものである。
［１］熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～５０％である、熱電変換材料層。
［２］熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記縦断面の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～４８％であり、かつ充填率が７０～９９％である、熱電変換材料層。
［３］前記単金属粒子の溶融温度が１３０～５５０℃である、上記［１］又は［２］に記載の熱電変換材料層。
［４］前記熱電変換材料層は、熱電半導体組成物の塗布膜の焼成体からなる、上記［１］～［３］のいずれかに記載の熱電変換材料層。
［５］一般式ＣｏＳｂ
(３-x-y)
Ｔｅ
x
Ｂｉ
y
で表される組成を有する、熱電変換材料層。
（一般式中、０．０２≦ｘ≦１．００、０．０２≦ｘ＋ｙ≦１．００、０≦ｙである。）
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電気伝導率が向上された高い熱電性能を有する熱電変換材料層を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
比較例１の試験片（熱電変換材料層）の縦断面のＳＥＭ画像である。
実施例２の試験片（熱電変換材料層）の縦断面のＳＥＭ画像である。
実施例２の試験片（熱電変換材料層）の縦断面の単金属粒子の元素分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［熱電変換材料層］
本発明の第１実施形態に係る熱電変換材料層は、熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～５０％である、ことを特徴としている。
本発明の第１実施形態に係る熱電変換材料層は、熱電半導体粒子と単金属粒子とを含むものであって、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対して、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が、上記の範囲にあることで、当該熱電変換材料層が高い電気伝導率を有し、結果として高い熱電性能が得られる。
本発明の第２実施形態に係る熱電変換材料層は、熱電半導体粒子及び単金属粒子を含む熱電変換材料層であって、
熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記縦断面の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が１～４８％であり、かつ充填率が７０～９９％である、ことを特徴としている。
本発明の第２実施形態に係る熱電変換材料層は、熱電半導体粒子と単金属粒子とを含むものであって、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、前記縦断面の面積に対する、前記単金属粒子が占める領域の面積の割合が、上記の範囲にあることで、当該熱電変換材料層が高い電気伝導率を有し、結果として高い熱電性能が得られる。
【００１０】
本明細書において、熱電半導体組成物を塗布により形成した後に得られる膜を「組成物膜」、また、「組成物膜」を乾燥した後の膜を「塗布膜」、さらに「塗布膜」を焼成した後に得られる膜を「熱電変換材料層」ということがある。
本明細書において、「熱電変換材料層の中央部を含む縦断面において、熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積に対する、単金属粒子が占める領域の面積の割合」（％）を、単に、「単金属粒子が占める領域の面積の割合Ａ１」（％）ということがある。
本明細書において、「熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積に対する、単金属粒子が占める領域の面積の割合」（％）を、単に、「単金属粒子が占める領域の面積の割合Ａ２」（％）ということがある。
本明細書において、「熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積に対する、熱電半導体粒子及び単金属粒子が占める領域の面積の割合」（％）を、単に、「充填率」（％）ということがある。
本明細書において、「熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積に対する、空隙の割合」（％）を、単に、「空隙率」（％）ということがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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