层叠型热电转换元件制造技术

本发明专利技术的层叠型热电转换元件的特征在于，其为具备包含p型半导体材料的p型层、包含n型半导体材料的n型层和包含绝缘材料的绝缘层的层叠型热电转换元件，上述p型层与上述n型层接合而形成pn接合对，在上述p型层与上述n型层的接合面的一部分区域中，上述p型半导体材料与上述n型半导体材料直接接合，在上述接合面的其他区域中，上述p型半导体材料与上述n型半导体材料借助上述绝缘层而接合，上述p型半导体材料为包含Ni的合金，上述n型半导体材料为包含Sr、Ti、Zr、稀土元素和O的复合氧化物，且Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比为0.0001≤Zr/(Ti+Zr)≤0.1，上述绝缘材料为包含选自由Y2O3和CaO组成的组中的至少1种金属氧化物M和ZrO2的部分稳定化氧化锆，且M/(ZrO2+M)所示的摩尔比为0.026≤M/(ZrO2+M)≤0.040。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠型热电转换元件
本专利技术涉及层叠型热电转换元件。
技术介绍
作为将热能转换为电能的方法，有直接法和间接法。间接法是将热能转换为机械能等并发电的方法，火力发电等是代表性的方法。另一方面，作为直接法中使用的元件，已知有热电转换元件。专利文献1中公开了一种层叠型热电转换元件，其是通过将层叠p型半导体片(p型层)、n型半导体片(n型层)和绝缘层而成的层叠体进行脱脂和焙烧而制作的。层叠型热电转换元件具有如下结构：在接合面的一部分的区域中，使p型层与n型层直接接合，在接合面的其他区域中，借助绝缘层使p型层与n型层接合。层叠型热电转换元件与设有用于使p型层与n型层之间绝缘的空隙层的π(Pi)型热电转换元件等相比，可以提高元件中的热电转换材料的占有率，还可以提高元件的强度。另外，为了将p型层与n型层直接接合，与借助电极等将它们接合的π型热电转换元件等相比，可以降低元件内的电路电阻。层叠型热电转换元件通过这些特征而具有可以提高热电转换效率、元件的强度的优点(例如参照专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-281928号公报专利文献2：国际公开第2012/011334号
技术实现思路
专利技术要解决的问题关于专利文献1和2中公开的层叠型热电转换元件，实际发电的输出功率低于根据p型层、n型层和绝缘层的构成在理论上期待的输出功率。因此，期望用于充分发挥层叠型热电转换元件中期待的发电能力的改良。本专利技术是为了解决上述问题而作出的，其目的在于，提供：发电能力更高的层叠型热电转换元件。用于解决问题的方案为了达成上述目的，本专利技术的层叠型热电转换元件的特征在于，其为具备p型半导体材料的p型层、包含n型半导体材料的n型层和包含绝缘材料的绝缘层的层叠型热电转换元件，上述p型层与上述n型层接合而形成pn接合对，在上述p型层与上述n型层的接合面的一部分区域中，上述p型半导体材料与上述n型半导体材料直接接合，在上述接合面的其他区域中，上述p型半导体材料与上述n型半导体材料借助上述绝缘层而接合，上述p型半导体材料为包含Ni的合金，上述n型半导体材料为包含Sr、Ti、Zr、稀土元素和O的复合氧化物，且Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比为0.0001≤Zr/(Ti+Zr)≤0.1，上述绝缘材料为包含选自由Y2O3和CaO组成的组中的至少1种金属氧化物M和ZrO2的部分稳定化氧化锆，且M/(ZrO2+M)所示的摩尔比为0.026≤M/(ZrO2+M)≤0.040。本专利技术人等对为了提高层叠型热电转换元件的发电能力所需的各层的组成进行了研究。其结果发现：同时满足如下的2个条件的情况下，与不满足该条件的情况相比，发电能力格外提高，所述2个条件为：使用包含Ti和Zr的复合氧化物作为n型半导体材料，将Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比控制为规定的范围；以及，使用部分稳定化氧化锆作为绝缘材料，将M/(ZrO2+M)所示的摩尔比控制为规定的范围内。作为其理由，推测是：作为绝缘材料与n型半导体材料中共同的元素，包含Zr。包含绝缘材料与n型半导体材料中共同的元素时，异种材料间的接合性变良好。此外，Zr可以在不使半导体特性显著降低的情况下使绝缘层与n型层的烧结行为匹配，因此，基于烧结的绝缘层与n型层的收缩率变高。其结果认为，层叠型热电转换元件的密度变高，因此，发电能力提高。本专利技术的层叠型热电转换元件中，优选绝缘材料中所含的上述金属氧化物M为Y2O3。本专利技术的层叠型热电转换元件中，优选上述p型半导体材料为包含Ni和Mo的合金。通过为包含Ni和Mo的合金，与n型层和绝缘层的一体烧结时的烧结性提高。本专利技术的层叠型热电转换元件中，优选上述n型半导体材料中所含的稀土元素为La。3价的稀土元素中La最容易固溶于作为n型半导体材料优选的复合氧化物即SrTiO3，因此，可以使层叠型热电转换元件进一步低电阻化。本专利技术的层叠型热电转换元件中，优选上述p型层还含有作为n型半导体使用的材料。另外，优选上述p型层中所含的、作为n型半导体使用的上述材料中包含Zr。p型层含有作为n型半导体使用的材料时，p型层与n型层的烧结行为容易变得接近，故优选。特别是，p型层中包含Zr时，n型层、绝缘层、p型层中均包含Zr，可以使3个层的烧结行为匹配。本专利技术的层叠型热电转换元件中，优选上述p型层还含有与上述n型层中所含的n型半导体材料为相同组成的上述n型半导体材料。p型层含有与n型层中所含的n型半导体材料为相同组成的上述n型半导体材料时，n型层、绝缘层、p型层中均包含Zr，可以使3个层的烧结行为匹配。另外，p型层中含有n型半导体材料的情况下，含有与n型层中所含的n型半导体材料为相同组成的材料时，n型层与p型层的烧结行为变得更接近。其结果，基于烧结的绝缘层、n型层、p型层的收缩率均变高，层叠型热电转换元件的密度变得更高，因此，可以进一步提高发电能力。专利技术的效果根据本专利技术，可以提供发电能力更高的层叠型热电转换元件。附图说明图1为示意性示出本专利技术的层叠型热电转换元件的一例的立体图。图2为示出对于实施例2的层叠型热电转换元件赋予了层叠型热电转换元件的上表面30℃、下表面20℃的温度差时的电流-电压特性、电流-发电特性的图。具体实施方式以下，对本专利技术的层叠型热电转换元件进行说明。然而，本专利技术不限定于以下的构成，在不变更本专利技术的主旨的范围内可以适宜变更并应用。需要说明的是，将以下中记载的本专利技术的各期望的构成组合了2个以上而得到的方案也为本专利技术。[层叠型热电转换元件]图1为示意性示出本专利技术的层叠型热电转换元件的一例的立体图。本专利技术的层叠型热电转换元件1中，包含p型半导体材料的p型层11和包含n型半导体材料的n型层12形成pn接合对10，其是重复配置pn接合对10而成的。热电转换元件中的pn接合对10的配置方向的两末端优选为相同导电型的层。图1所示的层叠型热电转换元件1中，将层叠型热电转换元件1的两末端设为n型层12。在层叠型热电转换元件1的两末端的n型层12中的配置方向的面之中的露出面上，分别设有用于取出电力的电极14。图1中仅示出附图近前侧的电极。在p型层11与n型层12的接合面中，在其一部分区域中，p型半导体材料与n型半导体材料直接接合，在其他区域中，p型半导体材料与n型半导体材料借助绝缘层13而接合。n型层中包含n型半导体材料。n型半导体材料为包含Sr、Ti、Zr、稀土元素和O的复合氧化物。作为稀土元素，优选使用La。作为上述复合氧化物，可以举出钛酸锶(SrTiO3)的Sr位点和Ti位点被La和Zr所置换而得到的材料。作为组成式，成为(Sr1-xLax)(Ti1-yZry)O3的组成式(x和y均为大于0且低于1的数)所示的材料。上述组成式中，将Sr与La的摩尔量总和设为(Sr+La)、Ti与Zr的摩尔量总和设为(Ti+Zr)时，(Sr+La)/(Ti+Zr)所示的比可以为任意比。需要说明的是，使用除La以外的元素作为稀土元素的情况下，成为将上述组成式的La的部分置换为其他稀土元素而得到的物质。另外，Zr可以不以复合氧化物中置换Ti位点的形式存在，也可以为另行添加的形态。需要说明的是，n型层中可以包含除n型半导体材料以外的成分。n型半导体材料中，Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比被限定为0.0001≤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层叠型热电转换元件，其特征在于，其为具备包含p型半导体材料的p型层、包含n型半导体材料的n型层和包含绝缘材料的绝缘层的层叠型热电转换元件，所述p型层与所述n型层接合而形成pn接合对，在所述p型层与所述n型层的接合面的一部分区域中，所述p型半导体材料与所述n型半导体材料直接接合，在所述接合面的其他区域中，所述p型半导体材料与所述n型半导体材料借助所述绝缘层而接合，所述p型半导体材料为包含Ni的合金，所述n型半导体材料为包含Sr、Ti、Zr、稀土元素和O的复合氧化物，且Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比为0.0001≤Zr/(Ti+Zr)≤0.1，所述绝缘材料为包含选自由Y2O3和CaO组成的组中的至少1种金属氧化物M和ZrO2的部分稳定化氧化锆，且M/(ZrO2+M)所示的摩尔比为0.026≤M/(ZrO2+M)≤0.040。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 JP 2016-0621921.一种层叠型热电转换元件，其特征在于，其为具备包含p型半导体材料的p型层、包含n型半导体材料的n型层和包含绝缘材料的绝缘层的层叠型热电转换元件，所述p型层与所述n型层接合而形成pn接合对，在所述p型层与所述n型层的接合面的一部分区域中，所述p型半导体材料与所述n型半导体材料直接接合，在所述接合面的其他区域中，所述p型半导体材料与所述n型半导体材料借助所述绝缘层而接合，所述p型半导体材料为包含Ni的合金，所述n型半导体材料为包含Sr、Ti、Zr、稀土元素和O的复合氧化物，且Zr/(Ti+Zr)所示的摩尔比为0.0001≤Zr/(Ti+Zr)≤0.1，所述绝缘材料为包含选自由Y2O3和CaO组成的组中的至少1种金属氧化物M和ZrO2的部分稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：林幸子，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP