[發明專利]熱電轉換材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201480002414.6
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104641479A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 加藤邦久;武藤豪志;近藤健
• 申請（專利權）人: 琳得科株式會社
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;C08J7/04;H01L35/34;C01B19/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王利波

技術領域

本發明涉及一種進行熱與電的相互能量轉換的熱電轉換材料及其制造方法，特別涉及使用包含微粒化的熱電半導體、耐熱性樹脂及離子液體的熱電半導體組合物，從而使熱電轉換特性及彎曲性得到提高的熱電轉換材料及其制造方法。

背景技術

近年來，系統簡單且能夠小型化的熱電發電技術作為對由大廈、工廠等使用的化石燃料資源等產生的未利用的廢熱能進行回收發電的技術而受到關注。然而，熱電發電通常發電效率較差，各個企業、研究機構正在積極地進行提高發電效率的研究開發。為了提高發電效率，必須使熱電轉換材料高效化，為了實現發電效率的提高，希望能開發具有與金屬同等的高電導率和與玻璃同等的低熱導率的材料。

熱電轉換特性可以通過熱電性能指數Z(Z＝σS²/λ)來評價。其中，S為塞貝克系數，σ為電導率(電阻率的倒數)，λ為熱導率。如上所述，由于只要提高熱電性能指數Z的值就能提高發電效率，因此，在使發電高效化時，重要的是發現塞貝克系數S和電導率σ較大、且熱導率λ較小的熱電轉換材料。

如上所述，需要對提高發電效率進行研究，但另一方面，現在制造的熱電轉換元件量產性較低，發電設備價格較高，因此，為了進一步普及到設置于建筑物墻面等大面積的用途，降低制造成本是必不可缺的。另外，目前所制造的熱電轉換元件的彎曲性差，期望開發具有柔性的熱電轉換元件。

在這樣的狀況下，專利文獻1公開了一種以提高發電效率及高效率地進行制造為目的的熱電轉換元件制造方法，所述制造方法包括：使用具有絕緣體、且用于形成p型、n型有機半導體元件的材料的溶液涂布或印刷在支撐體上，然后進行干燥的工序。另外，在非專利文獻1中進行了如下的研究：將作為熱電轉換材料的碲化鉍分散于環氧樹脂中，制成組合物，再通過涂布該組合物而成膜，從而制作薄膜型熱電轉換元件。此外，專利文獻2提出了一種熱電材料，其是將聚噻吩或其衍生物等有機熱電材料和無機熱電材料以分散狀態形成為一體而得到的；專利文獻3提出了一種由無機熱電材料和有機熱電材料形成的有機-無機混合熱電材料，所述無機熱電材料為平均粒徑為1～100nm、且實質上不存在作為載流子遷移阻礙因素的保護劑的無機粒子。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-199276號公報

專利文獻2：日本特開2003-46145號公報

專利文獻3：日本特開2012-9462號公報

非專利文獻

非專利文獻1：D.Madan,Journal?of?Applied?Physics?2011,109,034904.

發明內容

發明要解決的課題

但是，對于專利文獻1而言，在支撐體上的經過圖案化的絕緣層之間埋入導電層、p型及n型有機半導體元件等，需要利用絲網印刷等進行多次包含校準在內的圖案形成過程，因此工序繁雜，結果使生產間隔時間變長，涉及成本增高的問題，而且熱電轉換特性也不足。

另外，對于非專利文獻1的薄膜型熱電轉換元件而言，由于在粘合劑樹脂分解溫度以上的高溫進行加熱處理，因此，只得到與僅由碲化鉍成膜時同等程度的彎曲性，而且熱電轉換特性也不充分。

此外，對于專利文獻2、3的熱電材料而言，為了進一步提高熱電轉換特性，在形成了熱電材料薄膜后于有機熱電材料分解溫度以上的高溫進行加熱處理時，有機熱電材料消失，存在熱電轉換特性降低的隱患。

鑒于上述實際情況，本發明的課題在于提供一種熱電性能和彎曲性優異、能夠以低成本簡便地制造的熱電轉換材料及其制造方法。

解決課題的方法

為了解決上述課題，本發明人等進行了深入研究的結果發現，通過在支撐體上形成由包含熱電半導體、耐熱性樹脂和離子液體的熱電半導體組合物形成的薄膜，可獲得比現有的上述熱電轉換材料更高的熱電性能指數，且彎曲性優異，所述熱電半導體是有助于降低熱導率且經過了微粒化的熱電半導體，所述離子液體抑制微粒之間的空隙部的電導率降低，由此完成了本發明。

即，本發明提供以下的(1)～(13)。

(1)一種熱電轉換材料，其包括支撐體和在該支撐體上具有的薄膜，所述薄膜由包含熱電半導體微粒、耐熱性樹脂和離子液體的熱電半導體組合物形成。

(2)上述(1)所述的熱電轉換材料，其中，所述離子液體的配合量為所述熱電半導體組合物中的0.01～50質量％。