[发明专利]热电元件、热电模块以及热电元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电元件、热电模块以及热电元件的制造方法。

背景技术

已知有具备由填充方钴矿(filled skutterudite)系的合金构成的热电转换层的热电元件以及使用这样的热电元件的热电模块。

作为现有技术，存在如下技术：在具备由填充方钴矿系的合金构成的热电转换层的热电元件中，为了抑制热电元件与电极的接合部中的元素的扩散，在热电元件的两端面设置钛层(参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2003-309294号公报

发明内容

然而，钛的线膨胀率有与填充方钴矿系的合金的线膨胀率大不相同的倾向。因此，在由填充方钴矿系的合金构成的热电转换层和由钛构成的扩散抑制层被直接层叠的热电元件中，有时起因于各层的热膨胀量之差而发生开裂、剥离。

本发明的目的是抑制具有由填充方钴矿型的合金构成的热电转换层的热电元件的开裂。

本发明的热电元件，是具备由含锑的填充方钴矿型的合金构成的热电转换层、包含钛单质以及铁单质且层叠在所述热电转换层上的第1金属层、和包含钛单质且层叠在所述第1金属层上的第2金属层的热电元件。

在此，其特征在于，所述第1金属层包含比钛单质多的铁单质。

另外，其特征在于，所述第1金属层的钛和铁的含量比(重量比)为钛：铁＝10：90～40：60的范围。

进而，其特征在于，所述热电转换层由用RE_x(Fe_1-yM_y)₄Sb₁₂(RE为选自稀土类元素中的至少一种。M为选自Co、Ni中的至少一种。0.01≤x≤1，0≤y≤0.3)表示的填充方钴矿结构的合金构成。

进而，其特征在于，所述第1金属层的线膨胀率为所述热电转换层的线膨胀率与所述第2金属层的线膨胀率之间的值。

另外，当将本发明作为热电模块来掌握时，本发明的热电模块的特征在于，具备热电元件和与该热电元件电连接的电极，所述热电元件具备：热电转换层，其由含锑的填充方钴矿结构的合金构成；第1金属层，其包含钛单质以及铁单质，且在所述电极与所述热电转换层之间层叠于该热电转换层上；以及，第2金属层，其包含钛单质，且层叠在所述第1金属层与所述电极之间。

进而，当将本发明作为热电元件的制造方法来掌握时，本发明的热电元件的制造方法的特征在于，在模具内依次层叠钛粉末、包含钛粉末和铁粉末的混合粉末、包含锑、铁和稀土类元素的合金粉末、包含钛粉末和铁粉末的混合粉末以及钛粉末，对层叠于所述模具内的粉末，一边在该粉末的层叠方向上施加压力，一边进行等离子体烧结。

在此，其特征在于，所述钛粉末的粒径为10μm以上50μm以下的范围。

另外，其特征在于，所述混合粉末包含比所述钛粉末多的所述铁粉末。

根据本发明，能够抑制具有由填充方钴矿型的合金构成的热电转换层的热电元件的开裂。

附图说明

图1是表示应用本实施方式的热电模块的一例的示意图。

图2的(a)～(b)是表示应用本实施方式的p型热电元件的一例的截面示意图。

图3的(a)～(b)是表示应用本实施方式的n型热电元件的一例的截面示意图。

图4是表示在实施例中得到的p型热电元件的放大图。

图5是表示热电模块的高温侧与低温侧的温度差达到最大时的发电输出功率的每个循环的变化率的图。

图6是表示热电模块的高温侧与低温侧的温度差达到最大时的电阻的每个循环的变化率的图。

附图标记说明

1…热电模块；2…p型热电元件；3…n型热电元件；4…电极；21…p型热电转换层；22…p侧第1金属层；23…p侧第2金属层。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

(热电模块)

图1是表示应用本实施方式的热电模块的一例的示意图。

本实施方式的热电模块1，如图1所示，在上下相对的两块绝缘性基板7之间配置有多个p型热电元件2和多个n型热电元件3。而且，多个p型热电元件2以及多个n型热电元件3利用多个电极4交替地串联连接，并且经由电极4安装在各基板7上。另外，在串联连接的多个p型热电元件2以及多个n型热电元件3之中，位于一端的p型热电元件2以及位于另一端的n型热电元件3上经由电极4连接有引线6。