[发明专利]热电转换元件及热电转换模块

说明书

本发明提供能够有效利用具有高塞贝克系数的氧化物材料并显著提高其输出的热电转换元件和热电转换模块。本发明提供热电转换元件和利用该热电转换元件的热电转换模块，该热电转换元件至少包括：电荷传输层、热电转换材料层和电极，其中，所述电荷传输层包括石墨，该石墨被处理为掺杂有电荷供给材料，从而所述石墨具有n型半导体特性，或所述石墨被处理为掺杂有电荷接受材料，从而所述石墨具有p型半导体特性。

技术领域

本发明涉及热电转换元件及热电转换模块。

背景技术

热电转换元件称为清洁能源转换元件，其不使用石油或臭氧，并且近年来期望更有效、面积更大和更薄。例如，已开发利用塞贝克效应的发电元件(热电转换发电元件)和利用珀尔帖效应的冷却/加热元件(珀尔帖元件)。

这样的热电转换元件的结构和原理说明如下。图3为用于说明以往的热电转换元件的结构的概念图。

图3示出的以往的热电转换元件100通常被称为π型热电转换元件，并包括：多个相对的电极(金属电极)120、121和180；以及在电极之间布置的由n型热电半导体制成的块体130和由p型热电半导体制成的块体131。块体130和131在其一侧的端部(连接端)通过电极180彼此电连接，且n型热电转换半导体的块体和p型热电转换半导体的块体串联连接。块体130和131在其另一侧的端部分别与电极120和121连接。

在该配置中，通过使电极180的温度高且相对的电极120、121的温度低，它们之间将产生温度差，热能通过塞贝克效应转换为电能。此外，例如，通过在电极180和电极120、121之间施加直流电压，并通过使电流从电极120经由电极180向电极121方向流过，电极180能够起到吸热工作电极的作用，电极120、121能够起到放热工作电极的作用，并且电能通过珀尔帖效应转换为热能。

其中，在以往的热电转换元件被用作珀尔帖元件的情形中，吸热能量被考虑。在电极180的上表面的吸热能量Q用如下等式(1)表示：

Q＝Q_P-Q_R-Q_K (1),

其中，Q_P为珀尔帖吸热量，Q_R为焦尔热量，Q_K为导热量(见图3)。

目前，实践中运用的热电转换元件的元件结构为具有横截面积S约几平方毫米且长度L约几毫米的块形。将上述形状串联连接而模块化的多重块体，以及吸热面积(冷却面积)通过模块化被扩大的热电转换元件(珀尔帖元件)已投入实践运用。然而，由于这样的π型热电转换元件的长度L约为几毫米，因而从热源放出的热量直接影响低温部分的电极，因此难以保证电极之间的温度差。此外，其形状是刚性的，难以使电极部分紧贴热源或冷却源，因而存在难以保证电极之间的温度差的问题。

为了克服上述问题，最近开始活跃地开发片式热电转换元件，即如下的元件：如图2所示，将热电转换材料形成于柔性绝缘片上并在该片的两端表面上形成高温电极和低温电极(例如，见非专利文献1)。这种片式热电转换元件具有能够在一个平面上使高温电极和低温电极之间保持预定距离的结构，因而低温电极能够避免从热源直接放出的热量的影响，由此具有易于保证电极之间温度差的优点。此外，柔性片的使用使电极部分能紧贴热/冷却源，因而也易于保证电极之间的温度差。

现有技术文献