[发明专利]热电转换材料、热电转换元件以及使用其的热电发电用物品和传感器用电源

说明书

【技术领域】

本发明涉及热电转换材料、热电转换元件以及使用其的热电发电用物品和传感器用电源。

【背景技术】

可进行热能与电能的相互转换的热电转换材料被用于热电发电元件或珀耳帖(Peltier)元件之类的热电转换元件中。应用了热电转换材料或热电转换元件的热电发电能够将热能直接转换为电力，不需要可动部，正被用于以体温工作的手表或偏僻地区用电源、太空用电源等。

作为对热电转换元件的热电转换性能进行评价的指标之一，存在无量纲性能指数ZT(以下有时简称为性能指数ZT)。该性能指数ZT由下式(A)表示，为了提高热电转换性能，每1K绝对温度的热电动势(以下有时称为热电动势)S和电导率σ的提高、热传导率κ的降低是重要的。

性能指数ZT＝S²·σ·T/κ(A)

式(A)中，S(V/K)：每1K绝对温度的热电动势(塞贝克系数)

σ(S/m)：电导率

κ(W/mK)：热传导率

T(K)：绝对温度

在热电转换材料中，由于要求有良好的热电转换性能，因此面向热电转换元件的加工工艺复杂、并且有时还包含昂贵且有害的物质，但目前主要被实用化的为无机材料。

另一方面，对于有机热电转换元件来说，出于能够比较廉价地制造、成膜等加工也容易等原因，近年来正在进行积极的研究，甚至有人报告了使用导电性高分子的热电转换材料、热电转换元件。例如，专利文献1中记载了含有在聚苯乙炔中进行掺杂处理而得到的导电性高分子的热电转换材料。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2003-332639号公报

【发明内容】

【发明所要解决的课题】

如上所述，由于热电转换元件被用于手表或偏僻地区用电源、太空用电源等，因而要求其热电转换性能优异，这一点自不消说；还要求在长期使用时该性能得以维持。

本发明的课题在于提供热电转换性能、特别是热电动势优异、并且该性能相对于热循环可得到维持的热电转换材料、热电转换元件以及使用其的热电发电用物品和传感器用电源。

【解决课题的手段】

鉴于上述课题，本发明人对于热电转换元件的热电转换层中使用的导电性物质进行了研究。其结果发现，通过具有特定重复结构的高分子与纳米导电性材料(纳米尺寸的导电性材料)的共存，可使热电转换元件表现出高热电动势以及该性能相对于热循环可得到维持的优异热电转换性能。本发明是基于这些技术思想而完成的。

即，根据本发明，提供以下的手段：

<1>一种热电转换元件，其是在基材上具有第一电极、热电转换层和第二电极的热电转换元件，其中，在该热电转换层中含有纳米导电性材料、以及至少含有下述通式(1)所表示的结构作为重复结构的高分子。

【化1】

通式(1)中，Ar¹¹和Ar¹²各自独立地表示亚芳基或杂亚芳基。Ar¹³表示芳基或杂芳基。R¹¹、R¹²和R¹³各自独立地表示取代基。此处，R¹¹与R¹²、R¹¹与R¹³、R¹²与R¹³可以相互键合而形成环。L表示单键或下式(l-1)～(l-4)中的任意式所表示的连接基团。n11、n12和n13各自独立地表示0～4的整数、n₁表示5以上的整数。

【化2】