[發明專利]熱電轉換材料及使用其的熱電轉換模塊以及其制造方法

有效

• 申請號: 201380028161.5
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN104321889B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 澤孝雄
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝;東芝高新材料公司
• 主分類號: H01L35/20
• 分類號: H01L35/20;H01L35/18;H01L35/32
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 王永紅

技術領域

實施方式涉及熱電轉換材料及使用其的熱電轉換模塊以及熱電轉換材料的制造方法。

背景技術

近年來，由于對地球環境問題的意識的提高，因此，對無氟冷卻設備即利用了珀耳帖效應(Peltier effect)的熱電冷卻元件的關注提高。另外，為了減少二氧化碳排放量，對提供使用了未利用廢熱能的發電系統的、利用了塞貝克效應(Seebeck effect)的熱電發電元件的關注提高。

熱電轉換材料的性能指數Z由下述式(1)表示。Z＝α²/(ρκ)···(1)在此，α為熱電轉換材料的塞貝克系數，ρ為熱電轉換材料的電阻率，κ為熱電轉換材料的導熱率。Z具有溫度的倒數因次，若該性能指數Z乘以絕對溫度T，則成為無因次的值。該ZT值稱為無因次性能指數，具有越高的ZT值的熱電轉換材料，熱電轉換效率越大。如從上述式(1)可知，熱電轉換材料中要求更高的塞貝克系數、更低的電阻率、更低的導熱率。

以往的熱電材轉換材料，一直以來使用PbTe合金，但Pb(鉛)對人體是有害的。另一方面，作為高溫可使用且完全不含有或盡可能減少有害物質的熱電轉換材料之一，具有MgAgAs型晶相的熱電半導體(half-Heusler)化合物備受矚目。熱電半導體化合物通過具備特開2007-173799號公報(專利文獻1)中規定的組成，認為提高一定的ZT值。

另外，國際公開WO2006/067986號小冊子(專利文獻2)中公開有， 用于產生具有MgAgAs型晶相的熱電半導體化合物的特性的模塊結構。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開2007-173799號公報

專利文獻2：國際公開WO2006/067986號小冊子

發明內容

發明所要解決的課題

如專利文獻2確認了，通過將熱電轉換材料(熱電半導體化合物)和電極板利用活性金屬釬焊材料接合，提高熱電模塊的可靠性。但是，如專利文獻2[0054][0055]所記載，記載了熱電模塊可用于垃圾焚燒爐的排熱利用發電系統、各種燒卻爐、加熱爐、熔融爐、汽車發動機、火力發電設備的鍋爐等各種各樣的設備。

也有如下設備，通過設置熱電模塊的設備，在長期間設置的狀態下使用。因此，要求長期可靠性更高的熱電轉換材料及熱電轉換模塊的開發。

本發明是為了應對這樣的問題而研發的，其目的在于，提供提高耐熱性且具有長期可靠性的熱電轉換材料及使用其的熱電轉換模塊以及熱電轉換材料的制造方法。

用于解決課題的手段

根據實施方式，提供熱電轉換材料，其由下述組成式(1)表示，且包含具有MgAgAs型晶體結構的多晶體。在多晶體的至少一面設有絕緣被膜。

通式：(A_a1Ti_b1)_xD_yX_100-x-y 組成式(1)

(所述組成式(1)中，0.2≤a1≤0.7，0.3≤b1≤0.8，a1+b1＝1，30≤x≤35，30≤y≤35。A為Zr、Hf的至少一種以上的元素，D為選自由Ni、Co及Fe構成的組的至少一種以上的元素，X為Sn及Sb的至少一種以上的元素)。

另外，優選多晶體的電極接合面以外設有絕緣被膜。另外，多晶體的絕緣被膜形成面的表面粗糙度Ra優選為0.2μm以上。另外，絕緣被膜的主成分優選包含金屬氧化物。另外，絕緣被膜的主成分優選包含選自氧化硅、氧化鐵及氧化鉻的至少一種以上。另外，絕緣被膜的平均厚度優選為3μm以上。另外，優選多晶體的電極接合面形成有金屬膜。

另外，實施方式提供熱電轉換模塊，其特征在于，使用了實施方式的熱電轉換材料。

另外，實施方式提供熱電轉換材料的制造方法，其特征在于，具備：制備由下述組成式(1)表示且包含具有MgAgAs型晶體結構的多晶體的熱電轉換材料的工序；以及在熱電轉換材料的至少一面形成絕緣被膜的工序。

通式：(A_a1Ti_b1)_xD_yX_100-x-y 組成式(1)

(上述組成式(1)中，0.2≤a1≤0.7，0.3≤b1≤0.8，a1+b1＝1，30≤x≤35，30≤y≤35。A為Zr、Hf的至少一種以上的元素，D為選自由Ni、Co及Fe構成的組的至少一種以上的元素，X為Sn及Sb的至少一種以上的元素)。