[發明專利]錫基熱電轉換元件以及錫基熱電轉換模塊

在審

• 申請號: 201980074811.7
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN113016082A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 坂本達也;田口豊
• 申請（專利權）人: 株式會社安永
• 主分類號: H01L35/08
• 分類號: H01L35/08;H01L35/14;H02N11/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;樸秀玉

錫基熱電轉換模塊(4)具備：熱電轉換元件(2)；以及電極材料(8)，經由接合材料(6)與熱電轉換元件(2)接合，熱電轉換元件(2)具備：熱電轉換部(16)，含有具有由通式：Mg₂Si_1?xSn_x(其中，式中x滿足0.5＜x＜1的關系。)表示的組成的錫基化合物；以及第一防擴散層(18)，位于熱電轉換部16的表面，其中，第一防擴散層(18)為包括Mo層(26)的錫基熱電轉換元件，接合材料(6)為不具有流動性的非流動性接合材料(6a)。

技術領域

本發明涉及錫基熱電轉換元件以及錫基熱電轉換模塊。

背景技術

將熱轉換為電的熱電轉換元件被用于利用來自各種設備的熱源部的廢熱來進行發電的熱電轉換。熱電轉換元件配設于一對電極材料之間，由此形成熱電轉換模塊。在該熱電轉換模塊中，熱電轉換元件的一端部被來自各種設備的熱源部的廢熱加熱，由此與另一端部之間產生溫度差，因此利用與該溫度差對應而產生電動勢的塞貝克效應來將熱能直接轉換為電能。

這樣的熱電轉換模塊不具有可動部，構造簡單，因此通用性優異，作為從帶有廢熱的設備等利用其廢熱來容易地得到電能的方法而被期待。

作為上述這樣的熱電轉換元件，例如已知有由Mg－Si基熱電轉換材料形成的Mg－Si基熱電轉換元件。

該Mg－Si基熱電轉換元件通常在500℃～600℃的溫度范圍內熱電轉換效率為良好。因此，如果將Mg－Si基熱電轉換元件在熱電轉換效率為良好的適當溫度范圍內使用，則最能發揮Mg－Si基熱電轉換元件的性能。

通常，在使用熱電轉換元件來制造熱電轉換模塊的情況下，需要對熱電轉換元件與作為電極材料的金屬制構件，例如Cu制構件、Al制構件等進行接合。在該情況下，考慮使用Ag膏這樣的Ag基接合材料來進行接合。然而，上述的Mg－Si基熱電轉換元件與Ag之間的反應性的程度相對較高，因此Ag擴散到Mg－Si基熱電轉換元件中，Ag不殘留于界面，無法形成良好的接合部。因此不易接合金屬制構件與熱電轉換元件。

因此，通常在熱電轉換材料的表面設置防擴散層來形成熱電轉換元件。只要設置這樣的防擴散層，就能抑制Ag向熱電轉換材料中的擴散，得到良好的接合部，形成組合了熱電轉換元件與金屬制構件的熱電轉換模塊。作為這樣的防擴散層，公知有Ni層。

再者，根據放出熱的設備的不同，有廢熱溫度比上述的溫度范圍低的設備。例如汽車用的發動機等從熱源產生400℃～450℃的廢熱。這樣的產生400℃～450℃的溫度范圍內的廢熱的設備相對較多，理想的是利用在該溫度范圍內的廢熱。

在為了利用該400℃～450℃的廢熱而嘗試使用Mg－Si基熱電轉換元件的情況下，由于脫離了Mg－Si基熱電轉換元件的適當溫度范圍，因此不易高效地發電。

因此，討論了在使用400℃～450℃的溫度范圍內熱電轉換效率為最良好的熱電轉換元件。作為像這樣熱電轉換效率為良好的適當溫度范圍為400℃～450℃的熱電轉換元件，例如能舉出專利文獻1所公開的那樣的由Mg－Si－Sn基熱電轉換材料形成的Mg－Si－Sn基熱電轉換元件，特別是Sn相對于Si的比率高的所謂錫基熱電轉換元件。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2016－157843號公報

發明內容

發明所要解決的問題

即使在使用上述那樣的錫基熱電轉換元件來制造熱電轉換模塊的情況下，也需要設置防擴散層。然而，若在所含Sn相對較多的錫基熱電轉換材料的表面將上述這樣的Ni層形成為防擴散層，則錫基熱電轉換材料中的Sn與Ni會相互擴散，會形成Ni與Sn的化合物。在該情況下，Ni被消耗，Ni層部分地消失，變得不作為防擴散層發揮功能，并且熱電轉換模塊整體上的電阻值上升。因此，會產生熱電轉換模塊的發電性能降低這樣的問題。