[發明專利]熱電元件、熱電模塊以及熱電元件的制造方法

有效

• 申請號: 201510018510.6
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104835904B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 吉田泰隆;中島健一朗
• 申請（專利權）人: 昭和電工株式會社
• 主分類號: H01L35/20
• 分類號: H01L35/20;H01L35/34
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

技術領域

本發明涉及熱電元件、熱電模塊以及熱電元件的制造方法。

背景技術

已知有具備由填充方鈷礦(filled skutterudite)系的合金構成的熱電轉換層的熱電元件以及使用這樣的熱電元件的熱電模塊。

作為現有技術，存在如下技術：在具備由填充方鈷礦系的合金構成的熱電轉換層的熱電元件中，為了抑制熱電元件與電極的接合部中的元素的擴散，在熱電元件的兩端面設置鈦層(參照專利文獻1)。

在先技術文獻

專利文獻1：日本特開2003-309294號公報

發明內容

然而，鈦的線膨脹率有與填充方鈷礦系的合金的線膨脹率大不相同的傾向。因此，在由填充方鈷礦系的合金構成的熱電轉換層和由鈦構成的擴散抑制層被直接層疊的熱電元件中，有時起因于各層的熱膨脹量之差而發生開裂、剝離。

本發明的目的是抑制具有由填充方鈷礦型的合金構成的熱電轉換層的熱電元件的開裂。

本發明的熱電元件，是具備由含銻的填充方鈷礦型的合金構成的熱電轉換層、包含鈦單質以及鐵單質且層疊在所述熱電轉換層上的第1金屬層、和包含鈦單質且層疊在所述第1金屬層上的第2金屬層的熱電元件。

在此，其特征在于，所述第1金屬層包含比鈦單質多的鐵單質。

另外，其特征在于，所述第1金屬層的鈦和鐵的含量比(重量比)為鈦：鐵＝10：90～40：60的范圍。

進而，其特征在于，所述熱電轉換層由用RE_x(Fe_1-yM_y)₄Sb₁₂(RE為選自稀土類元素中的至少一種。M為選自Co、Ni中的至少一種。0.01≤x≤1，0≤y≤0.3)表示的填充方鈷礦結構的合金構成。

進而，其特征在于，所述第1金屬層的線膨脹率為所述熱電轉換層的線膨脹率與所述第2金屬層的線膨脹率之間的值。

另外，當將本發明作為熱電模塊來掌握時，本發明的熱電模塊的特征在于，具備熱電元件和與該熱電元件電連接的電極，所述熱電元件具備：熱電轉換層，其由含銻的填充方鈷礦結構的合金構成；第1金屬層，其包含鈦單質以及鐵單質，且在所述電極與所述熱電轉換層之間層疊于該熱電轉換層上；以及，第2金屬層，其包含鈦單質，且層疊在所述第1金屬層與所述電極之間。

進而，當將本發明作為熱電元件的制造方法來掌握時，本發明的熱電元件的制造方法的特征在于，在模具內依次層疊鈦粉末、包含鈦粉末和鐵粉末的混合粉末、包含銻、鐵和稀土類元素的合金粉末、包含鈦粉末和鐵粉末的混合粉末以及鈦粉末，對層疊于所述模具內的粉末，一邊在該粉末的層疊方向上施加壓力，一邊進行等離子體燒結。

在此，其特征在于，所述鈦粉末的粒徑為10μm以上50μm以下的范圍。

另外，其特征在于，所述混合粉末包含比所述鈦粉末多的所述鐵粉末。

根據本發明，能夠抑制具有由填充方鈷礦型的合金構成的熱電轉換層的熱電元件的開裂。

附圖說明

圖1是表示應用本實施方式的熱電模塊的一例的示意圖。

圖2的(a)～(b)是表示應用本實施方式的p型熱電元件的一例的截面示意圖。

圖3的(a)～(b)是表示應用本實施方式的n型熱電元件的一例的截面示意圖。

圖4是表示在實施例中得到的p型熱電元件的放大圖。

圖5是表示熱電模塊的高溫側與低溫側的溫度差達到最大時的發電輸出功率的每個循環的變化率的圖。

圖6是表示熱電模塊的高溫側與低溫側的溫度差達到最大時的電阻的每個循環的變化率的圖。

附圖標記說明

1…熱電模塊；2…p型熱電元件；3…n型熱電元件；4…電極；21…p型熱電轉換層；22…p側第1金屬層；23…p側第2金屬層。

具體實施方式

以下，參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。

(熱電模塊)

圖1是表示應用本實施方式的熱電模塊的一例的示意圖。

本實施方式的熱電模塊1，如圖1所示，在上下相對的兩塊絕緣性基板7之間配置有多個p型熱電元件2和多個n型熱電元件3。而且，多個p型熱電元件2以及多個n型熱電元件3利用多個電極4交替地串聯連接，并且經由電極4安裝在各基板7上。另外，在串聯連接的多個p型熱電元件2以及多個n型熱電元件3之中，位于一端的p型熱電元件2以及位于另一端的n型熱電元件3上經由電極4連接有引線6。