特許 6129563 熱電モジュールおよびその製造方法ならびに熱電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6129563

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】熱電モジュールおよびその製造方法ならびに熱電装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 35/32 20060101AFI20170508BHJP

   H01L 35/34 20060101ALI20170508BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   H01L35/32 A

   H01L35/34

   H02N11/00 A

【請求項の数】13

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-2523(P2013-2523)

(22)【出願日】2013年1月10日

(65)【公開番号】特開2014-135379(P2014-135379A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2015年11月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】特許業務法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大森 恒嗣

(72)【発明者】

【氏名】高倉 雅博

【審査官】 安田 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−１２７７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０６３９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４６２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１２２０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０９３１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６８１７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３５／００−３４

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相互に背向する第１面および第２面と、
前記第１面と前記第２面との間に構成される１つ以上の積層構造であって、前記積層構造は、
導電体からなり、前記第１面から前記第２面に向かう方向である面内方向に沿って前記第１面と前記第２面との間に形成された導電層と、
絶縁体からなり、前記導電層を間に挟み込む状態で積層された第１の絶縁層および第２の絶縁層と、
相互に同一の極性を有する半導体からなり、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を間に挟み込む状態で積層された第１の半導体層および第２の半導体層と、
導電体からなり、前記第１面が位置する側に形成され、前記第１の半導体層と前記導電層との間を接続する第１の接続導電部と、
導電体からなり、前記第２面が位置する側に形成され、前記第２の半導体層と前記導電層との間を接続する第２の接続導電部と
を含む、１つ以上の積層構造と
を備える熱電モジュールであって、
前記導電層は、前記第１の接続導電部から前記第２の接続導電部に至る複数の経路を構成する形状をなし、
前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、更に、前記導電層よりも高い電気抵抗率を有し、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間における前記導電層と同じ層間かつ前記導電層に隣接する領域に形成された電気抵抗層を含み、
前記電気抵抗層の熱伝導率は、前記導電層よりも低い、ことを特徴とする熱電モジュール。

【請求項2】

前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造に形成された前記導電層は、前記第１の接続導電部と前記第２の接続導電部との間を繋ぐ帯状をなす複数の帯部を含む、請求項１に記載の熱電モジュール。

【請求項3】

前記複数の帯部の少なくとも１つは、前記第１面から前記第２面に向けて斜行した状態で配置された、請求項２に記載の熱電モジュール。

【請求項4】

前記導電層は、更に、前記複数の帯部における第１の帯部と第２の帯部との間を繋ぐ第３の帯部を含む、請求項２または請求項３に記載の熱電モジュール。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の熱電モジュールであって、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層のうち一方の半導体層の電気抵抗率をρ１とし、
前記一方の半導体層の前記面内方向からみた断面積をＡ１とし、
前記一方の半導体層に隣り合う前記導電層の電気抵抗率をρ２とし、
前記面内方向からみた前記第１面と前記第２面との間の全域における前記導電層の断面積の平均値をＡ２とするとき、
前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、Ａ１／ρ１≦Ａ２／ρ２を満たす、熱電モジュール。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の熱電モジュールであって、
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層のうち一方の半導体層の熱伝導率をκ１とし、
前記一方の半導体層の前記面内方向からみた断面積をＡ１とし、
前記一方の半導体層に隣り合う前記導電層の熱伝導率をκ２とし、
前記面内方向からみた前記第１面と前記第２面との間の全域における前記導電層の断面積の平均値をＡ２とするとき、
前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、κ１・Ａ１≧κ２・Ａ２を満たす、熱電モジュール。

【請求項7】

前記導電層は、前記電気抵抗層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の絶縁層との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の熱電モジュール。

【請求項8】

前記第１の接続導電部および前記第２の接続導電部は、前記電気抵抗層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の絶縁層と、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有する、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の熱電モジュール。

【請求項9】

前記導電層と、前記第１の接続導電部と、前記第２の接続導電部との各主成分は、同じ金属元素である、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の熱電モジュール。

【請求項10】

請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の熱電モジュールであって、
前記電気抵抗層は、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を構成する成分の少なくとも１つを含有する、熱電モジュール。

【請求項11】

請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の熱電モジュールであって、更に、
前記第１の半導体層から前記第２の半導体層に向かう方向である積層方向において相互に背向する前記１つ以上の積層構造における最外面である第３面および第４面と、
前記面内方向および前記積層方向に直交する方向において相互に背向する前記１つ以上の積層構造における最外面である第５面および第６面と、
前記第３面と、前記第４面と、前記第５面と、前記第６面との少なくとも１つに配置され、前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に発生する起電力を取り出し可能に構成された電極と
を備える熱電モジュール。

【請求項12】

請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の熱電モジュールを備える熱電装置。

【請求項13】

請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の熱電モジュールを製造する、熱電モジュールの製造方法であって、
シート成形法および印刷法の少なくとも一方を用いて、前記１つ以上の積層構造の元となる積層体を形成し、
前記積層体を焼成することによって前記１つ以上の積層構造を同時に生成する、熱電モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱電モジュールおよびその製造方法ならびに熱電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

熱電装置は、熱電モジュールを用いて発電する装置である。熱電モジュールは、熱電変換素子とも呼ばれ、ゼーベック効果によって熱エネルギを電力エネルギに変換する。

【0003】

特許文献１，２には、相互に同一の極性を有する２つの半導体層を積層した１つ以上の積層構造を備える熱電モジュールが記載されている。このような熱電モジュールでは、２つの半導体層の間に２つの絶縁層を介して導体層が挟み込まれ、この導体層を介して一方の半導体層の高温側と他方の半導体層の低温側とが電気的に接続されている。熱電モジュールの導電層は、他の構成部材よりも熱伝導率が比較的に大きい金属から主に成るため、他の構成部材よりも熱を伝播しやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６０−１２７７７０号公報

【特許文献2】特開２００９−２４６２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１，２の熱電モジュールでは、相互に異なる材料からなる絶縁層と導体層との間の密着性は比較的に弱いにもかかわらず、絶縁層のほぼ全域にわたって導体層が一面に形成されているため、絶縁層と導体層とが剥離する層間剥離によって熱電モジュールが損傷し易いという課題があった。また、特許文献２の熱電モジュールでは、面内の一部分に、他の構成部材よりも熱を伝播しやすい導電層が形成されているため、導電層の近傍では、相対的に温度が高くなって他の部位との熱膨張差が大きくなり、熱電モジュールを構成する層構造が損傷しやすいという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］
相互に背向する第１面および第２面と、前記第１面と前記第２面との間に構成される１つ以上の積層構造であって、前記積層構造は、導電体からなり、前記第１面から前記第２面に向かう方向である面内方向に沿って前記第１面と前記第２面との間に形成された導電層と、絶縁体からなり、前記導電層を間に挟み込む状態で積層された第１の絶縁層および第２の絶縁層と、相互に同一の極性を有する半導体からなり、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を間に挟み込む状態で積層された第１の半導体層および第２の半導体層と、導電体からなり、前記第１面が位置する側に形成され、前記第１の半導体層と前記導電層との間を接続する第１の接続導電部と、導電体からなり、前記第２面が位置する側に形成され、前記第２の半導体層と前記導電層との間を接続する第２の接続導電部とを含む、１つ以上の積層構造とを備える熱電モジュールであって、前記導電層は、前記第１の接続導電部から前記第２の接続導電部に至る複数の経路を構成する形状をなし、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、更に、前記導電層よりも高い電気抵抗率を有し、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間における前記導電層と同じ層間かつ前記導電層に隣接する領域に形成された電気抵抗層を含み、前記電気抵抗層の熱伝導率は、前記導電層よりも低い、ことを特徴とする熱電モジュール。この形態の熱電モジュールによれば、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間の層間に導電層が分散した状態で配置されるため、第１の絶縁層および第２の絶縁層のほぼ全域にわたって導電層が一面に形成されている場合と比較して、導電層が配置された層間における第１の絶縁層および第２の絶縁層に対する密着性を向上させることができる。また、面内の一部分に導電層が集中して形成される場合と比較して、導電層の近傍に生じる熱膨張差を低減することができる。その結果、層間剥離による熱電モジュールの損傷を抑制することができる。またこの形態の熱電モジュールによれば、第１の絶縁層および第２の絶縁層のほぼ全域にわたって導電層が一面に形成されている場合と比較して、第１面と第２面との間における熱伝導が抑制されることによって、発電効率を向上させることができる。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、熱電モジュールであって、相互に背向する第１面および第２面と；前記第１面と前記第２面との間に構成される１つ以上の積層構造とを備える熱電モジュールが提供される。この熱電モジュールの前記積層構造は、導電体からなり、前記第１面から前記第２面に向かう方向である面内方向に沿って前記第１面と前記第２面との間に形成された導電層と；絶縁体からなり、前記導電層を間に挟み込む状態で積層された第１の絶縁層および第２の絶縁層と；相互に同一の極性を有する半導体からなり、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を間に挟み込む状態で積層された第１の半導体層および第２の半導体層と；導電体からなり、前記第１面が位置する側に形成され、前記第１の半導体層と前記導電層との間を接続する第１の接続導電部と；導電体からなり、前記第２面が位置する側に形成され、前記第２の半導体層と前記導電層との間を接続する第２の接続導電部とを含む。この熱電モジュールにおいて、前記導電層は、前記第１の接続導電部から前記第２の接続導電部に至る複数の経路を構成する形状をなす。この形態の熱電モジュールによれば、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間の層間に導電層が分散した状態で配置されるため、第１の絶縁層および第２の絶縁層のほぼ全域にわたって導電層が一面に形成されている場合と比較して、導電層が配置された層間における第１の絶縁層および第２の絶縁層に対する密着性を向上させることができる。また、面内の一部分に導電層が集中して形成される場合と比較して、導電層の近傍に生じる熱膨張差を低減することができる。その結果、層間剥離による熱電モジュールの損傷を抑制することができる。

【0008】

（２）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造に形成された前記導電層は、前記第１の接続導電部と前記第２の接続導電部との間を繋ぐ帯状をなす複数の帯部を含んでもよい。この形態の熱電モジュールによれば、複数の経路を構成する形状が簡易なため、導電層の容易な形成を可能にすることができる。

【0009】

（３）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記複数の帯部の少なくとも１つは、前記第１面から前記第２面に向けて斜行した状態で配置されてもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１面から第２面に向けて最短距離で配置された帯部と比較して、第１面と第２面との間における導電層を介した熱伝導が抑制されることによって、発電効率を向上させることができる。

【0010】

（４）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記導電層は、更に、前記複数の帯部における第１の帯部と第２の帯部との間を繋ぐ第３の帯部を含んでもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１の帯部および第２の帯部の一部が断線した場合であっても、第３の帯部によって導電層全体の電気抵抗の増大が抑制されることによって、発電効率の低下を抑制することができる。

【0011】

（５）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記第１の半導体層および前記第２の半導体層のうち一方の半導体層の電気抵抗率をρ１とし、前記一方の半導体層の前記面内方向からみた断面積をＡ１とし、前記一方の半導体層に隣り合う前記導電層の電気抵抗率をρ２とし、前記面内方向からみた前記第１面と前記第２面との間の全域における前記導電層の断面積の平均値をＡ２とするとき、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、Ａ１／ρ１≦Ａ２／ρ２を満たしてもよい。この形態の熱電モジュールによれば、熱電モジュールの電気抵抗が増大することによる発電効率の低下を抑制することができる。

【0012】

（６）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記第１の半導体層および前記第２の半導体層のうち一方の半導体層の熱伝導率をκ１とし、前記一方の半導体層の前記面内方向からみた断面積をＡ１とし、前記一方の半導体層に隣り合う前記導電層の熱伝導率をκ２とし、前記面内方向からみた前記第１面と前記第２面との間の全域における前記導電層の断面積の平均値をＡ２とするとき、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、κ１・Ａ１≧κ２・Ａ２を満たしてもよい。この形態の熱電モジュールによれば、熱電モジュールの熱伝導率が増大することによる発電効率の低下を抑制することができる。

【0013】

（７）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、更に、前記導電層よりも高い電気抵抗率を有し、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間における前記導電層と同じ層間かつ前記導電層に隣接する領域に形成された電気抵抗層を含んでもよく、前記電気抵抗層の熱伝導率は、前記導電層よりも低くてもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１の絶縁層および第２の絶縁層のほぼ全域にわたって導電層が一面に形成されている場合と比較して、第１面と第２面との間における熱伝導が抑制されることによって、発電効率を向上させることができる。

【0014】

（８）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記導電層は、前記電気抵抗層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の絶縁層との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有してもよい。この形態の熱電モジュールによれば、共通の成分を含有する層に対する導電層の密着性を向上させることができる。

【0015】

（９）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記第１の接続導電部および前記第２の接続導電部は、前記電気抵抗層と、前記第１の絶縁層と、前記第２の絶縁層と、前記第１の半導体層と、前記第２の半導体層との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有してもよい。この形態の熱電モジュールによれば、共通の成分を含有する層に対する第１の接続導電部および第２の接続導電部の各密着性を向上させることができる。

【0016】

（１０）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記導電層と、前記第１の接続導電部と、前記第２の接続導電部との各主成分は、同じ金属元素であってもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１の接続導電部および第２の接続導電部に対する導電層の密着性を向上させることができる。

【0017】

（１１）上記形態の熱電モジュールにおいて、前記１つ以上の積層構造における少なくとも１つの積層構造は、更に、前記導電層よりも高い電気抵抗率を有し、前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間における前記導電層と同じ層間かつ前記導電層に隣接する領域に形成された電気抵抗層を含んでもよく、前記電気抵抗層は、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を構成する成分の少なくとも１つを含有してもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１の絶縁層および第２の絶縁層に対する電気抵抗層の密着性を向上させることができる。

【0018】

（１２）上記形態の熱電モジュールは、更に、前記第１の半導体層から前記第２の半導体層に向かう方向である積層方向において相互に背向する前記１つ以上の積層構造における最外面である第３面および第４面と；前記面内方向および前記積層方向に直交する方向において相互に背向する前記１つ以上の積層構造における最外面である第５面および第６面と；前記第３面と、前記第４面と、前記第５面と、前記第６面との少なくとも１つに配置され、前記第１の半導体層および前記第２の半導体層に発生する起電力を取り出し可能に構成された電極とを備えてもよい。この形態の熱電モジュールによれば、第１面および第２面に電極が形成されている場合と比較して、熱源に対する第１面および第２面の容易な配置を可能にすることができる。

【0019】

（１３）本発明の一形態によれば、上記形態の熱電モジュールを備える熱電装置が提供される。この熱電装置によれば、層間剥離による熱電モジュールの損傷を抑制することができる。

【0020】

（１４）本発明の一形態によれば、上記形態の熱電モジュールを製造する、熱電モジュールの製造方法が提供される。この熱電モジュールの製造方法では、シート成形法および印刷法の少なくとも一方を用いて、前記１つ以上の積層構造の元となる積層体を形成し、前記積層体を焼成することによって前記１つ以上の積層構造を同時に生成する。この形態における熱電モジュールの製造方法によれば、層間剥離による損傷を抑制した熱電モジュールを容易に製造することができる。

【0021】

本発明は、熱電モジュールおよびその製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、熱電モジュールの積層構造の他、熱電モジュールの導体層を形成する方法などの形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】熱電装置の構成を模式的に示す説明図である。

【図2】熱電モジュールの詳細構成を示す説明図である。

【図3】導電層の詳細構成を示す説明図である。

【図4】熱電モジュールの性能指数を示すグラフである。

【図5】熱電モジュールの製造方法を示す工程図である。

【図6】熱電モジュールを製造する様子を示す説明図である。

【図7】熱電モジュールを製造する様子を示す説明図である。

【図8】導電層の経路数に関する評価試験の結果を示す表である。

【図9】導電層の経路数が１つである熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図10】第２実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図11】第３実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図12】第４実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図13】第５実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図14】第６実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図15】第７実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図16】第８実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図17】第９実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図18】第１０実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図19】第１１実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図20】第１２実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図21】第１３実施形態における熱電モジュールの構成を示す説明図である。

【図22】熱電モジュールの断面を示す説明図である。

【図23】熱電モジュールの第２面を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．熱電装置の構成：
図１は、熱電装置１０の構成を模式的に示す説明図である。熱電装置１０は、熱電モジュール１１０を用いて発電する装置である。熱電モジュール１１０は、ゼーベック効果によって熱エネルギを電力エネルギに変換する。本実施形態では、熱電装置１０における熱電モジュール１１０は、熱源９０から熱エネルギを得ることが可能に配置される。

【0024】

熱電装置１０は、熱電モジュール１１０の他、電力調整部１３０と、電力出力部１８０とを備える。熱電装置１０の電力調整部１３０は、熱電モジュール１１０によって得られた電力エネルギを、必要に応じて調整する（例えば、電圧の変換、交流電力への変換など）。熱電装置１０の電力出力部１８０は、電力調整部１３０によって調整された電力を、充電、放電、パルス供給などの必要に応じた態様で、熱電装置１０の外部に出力する。

【0025】

Ａ２．熱電モジュールの構成：
図２は、熱電モジュール１１０の詳細構成を示す説明図である。図２には、相互に直交するＸＹＺ軸を図示した。図２のＸＹＺ軸は、他の図におけるＸＹＺ軸に対応する。

【0026】

熱電モジュール１１０は、１つ以上の積層構造２０を備える。本実施形態では、熱電モジュール１１０は、複数の積層構造２０を備える。他の実施形態では、熱電モジュール１１０は、１つの積層構造２０のみを備えても良い。

【0027】

熱電モジュール１１０の積層構造２０は、複数の層が積層された構造である。本実施形態では、熱電モジュール１１０における複数の積層構造２０は、Ｙ軸に沿って積層されており、複数の積層構造２０の各々における複数の層は、Ｙ軸に沿って積層されている。積層構造２０の詳細については後述する。

【0028】

熱電モジュール１１０の外形は、直方体をなす。熱電モジュール１１０は、直方体を構成する６つの面として、第１面１１１と、第２面１１２と、第３面１１３と、第４面１１４と、第５面１１５と、第６面１１６とを備える。

【0029】

熱電モジュール１１０における第１面１１１および第２面１１２は、Ｚ軸上で相互に背向する面である。本実施形態では、Ｚ軸に沿ったＺ軸方向のうち、＋Ｚ軸方向は、第２面１１２から第１面１１１に向かう方向であり、−Ｚ軸方向は、＋Ｚ軸方向の反対方向である。本実施形態では、第１面１１１は、熱源９０に向けて配置される面であり、第２面１１２は、熱源９０から離して配置される面である。Ｚ軸方向は、積層構造２０を構成する各層の面に沿った面内方向である。

【0030】

熱電モジュール１１０における第３面１１３および第４面１１４は、Ｙ軸上で相互に背向する面である。本実施形態では、Ｙ軸に沿ったＹ軸方向のうち、＋Ｙ軸方向は、第４面１１４から第３面１１３に向かう方向であり、−Ｙ軸方向は、＋Ｙ軸方向の反対方向である。本実施形態では、第３面１１３および第４面１１４の各々は、Ｙ軸方向における複数の積層構造２０における最外面である。Ｙ軸方向は、積層構造２０を構成する各層が積層された積層方向である。

【0031】

熱電モジュール１１０における第５面１１５および第６面１１６は、Ｘ軸上で相互に背向する面である。本実施形態では、Ｘ軸に沿ったＸ軸方向のうち、＋Ｘ軸方向は、第６面１１６から第５面１１５に向かう方向であり、−Ｘ軸方向は、＋Ｘ軸方向の反対方向である。本実施形態では、第５面１１５および第６面１１６の各々は、Ｘ軸方向における複数の積層構造２０における最外面である。Ｘ軸方向は、積層構造２０を構成する各層の面に沿った面内方向である。

【0032】

図２に示すように、熱電モジュール１１０の積層構造２０は、複数の層として、第１層２１と、第２層２２と、第３層２３と、第４層２４と、第１層２１とが、順に積層された構造である。本実施形態では、相互に隣接する積層構造２０同士は、１つの第１層２１を共有する。

【0033】

積層構造２０の第１層２１は、半導体層３１０によって構成される。積層構造２０の第２層２２は、絶縁層３２０と、接続導電部３３０によって構成される。積層構造２０の第３層２３は、導電層３５０と、電気抵抗層３６０によって構成される。積層構造２０の第４層２４は、絶縁層３７０と、接続導電部３８０とによって構成される。

【0034】

第３層２３の導電層３５０は、導電体からなる。導電層３５０は、Ｚ軸に沿って第１面１１１と第２面１１２との間に形成されている。導電層３５０は、接続導電部３３０から接続導電部３８０に至る複数の経路を構成する形状をなす。導電層３５０の詳細については後述する。

【0035】

第３層２３の電気抵抗層３６０は、導電層３５０よりも高い電気抵抗率を有する。電気抵抗層３６０は、第３層２３において導電層３５０に隣接する領域に形成されている。本実施形態では、電気抵抗層３６０の熱伝導率は、導電層３５０よりも低い。図２では、電気抵抗層３６０には模様が施されている。

【0036】

第２層２２の絶縁層３２０は、積層構造２０における−Ｙ軸方向側に位置する第１の絶縁層であり、第４層２４の絶縁層３７０は、積層構造２０における＋Ｙ軸方向側に位置する第２の絶縁層である。絶縁層３２０および絶縁層３７０は、絶縁体からなり、第３層２３における導電層３５０および電気抵抗層３６０を間に挟み込む状態で積層されている。図２では、絶縁層３２０および絶縁層３７０には模様が施されている。

【0037】

第２層２２の接続導電部３３０は、導電体からなり、第２層２２における＋Ｚ軸方向側に形成されている。接続導電部３３０は、積層構造２０において−Ｙ軸方向側に位置する半導体層３１０と、導電層３５０との間を接続する第１の接続導電部である。

【0038】

第４層２４の接続導電部３８０は、導電体からなり、第４層２４における−Ｚ軸方向側に形成されている。接続導電部３８０は、積層構造２０において＋Ｙ軸方向側に位置する半導体層３１０と、導電層３５０との間を接続する第２の接続導電部である。

【0039】

積層構造２０は、第１の半導体層として−Ｙ軸方向側に位置する半導体層３１０と、第２の半導体層として＋Ｙ軸方向側に位置する半導体層３１０とを含む。半導体層３１０は、他の半導体層３１０と相互に同一の極性を有する半導体からなる。１つの積層構造２０における２つの半導体層３１０は、絶縁層３２０および絶縁層３７０を間に挟み込む状態で積層されている。

【0040】

本実施形態では、第３面１１３は、第２層２２によって構成され、第４面１１４は、第４層２４によって構成される。他の実施形態では、第３面１１３および第４面１１４は、第１層２１と、第２層２２と、第３層２３と、第４層２４とのいずれの層によって構成されてもよい。

【0041】

熱電モジュール１１０は、積層構造２０の他、電極４１０，４２０を備える。熱電モジュール１１０の電極４１０，４２０は、積層構造２０における半導体層３１０に発生する起電力を取り出し可能に構成されている。電極４１０は、第３面１１３を構成する層に接続された導体である。電極４２０は、第４面１１４を構成する層に接続された導体である。本実施形態では、電極４１０は、第３面１１３に配置され、電極４１０は、第４面１１４に配置されている。他の実施形態では、電極４１０，４２０は、第３面１１３と、第４面１１４と、第５面１１５と、第６面１１６との少なくとも１つに配置されてもよい。

【0042】

図３は、導電層３５０の詳細構成を示す説明図である。図３には、−Ｙ軸方向からみた導電層３５０および電気抵抗層３６０が、Ｙ軸方向に沿って投影した接続導電部３３０，３８０と共に図示されている。図３では、電気抵抗層３６０には模様が施され、接続導電部３３０，３８０にはハッチングが施されている。

【0043】

導電層３５０は、接続導電部３３０と接続導電部３８０との間を繋ぐ帯状をなす２つの帯部３５１，３５２を含む。本実施形態では、帯部３５１，３５２は、第１面１１１から第２面１１２にわたってＺ軸に沿って延びた状態で配置されている。本実施形態では、帯部３５１，３５２の幅は、第１面１１１から第２面１１２にわたって同じである。本実施形態では、帯部３５１は、−Ｘ軸方向側に位置し、帯部３５２は、＋Ｘ軸方向側に位置する。本実施形態では、電気抵抗層３６０は、第６面１１６と帯部３５１との間と、帯部３５１と帯部３５２との間と、帯部３５２と第５面１１５との間とに、それぞれ形成されている。

【0044】

図４は、熱電モジュール１１０の性能指数Ｚを示すグラフである。図４のグラフは、縦軸に性能指数Ｚをとり、横軸に、Ｚ軸方向からみた半導体層３１０の断面積Ａ１に対する導電層３５０の断面積Ａ２の比（Ａ２／Ａ１)をとることによって、性能指数Ｚと比（Ａ２／Ａ１)との関係を示す。

【0045】

図２２は、熱電モジュール１１０の断面を示す説明図である。図２２の断面は、Ｘ軸およびＹ軸に沿った平面に沿ってＺ軸方向における中央において切断された熱電モジュール１１０を＋Ｚ軸方向から見た構造を示す。半導体層３１０の断面積Ａ１は、熱電モジュール１１０において１つの層を構成する半導体層３１０の断面積である。導電層３５０の断面積Ａ２は、熱電モジュール１１０において１つの層を構成する導電層３５０の第１面１１１と第２面１１２との間の全域における断面積の平均値である。本実施形態では、導電層３５０は、１つの層において２つの部位に存在し、断面積Ａ２は、これら２つの部位の断面積Ａ２ａと断面積Ａ２ｂとを合計した値である。

【0046】

性能指数Ｚに関する各パラメータ
Ｓ１…半導体層３１０のゼーベック係数
Ｓ２…導電層３５０のゼーベック係数
κ１…半導体層３１０の熱伝導率
κ２…導電層３５０の熱伝導率
ρ１…半導体層３１０の体積抵抗率
ρ２…導電層３５０の体積抵抗率
Ｌ…熱電モジュール１１０の高さ（Ｚ軸方向に沿った長さ）
Ｒ…熱電モジュール１１０の全抵抗
Ｋ…熱電モジュール１１０の熱コンダクタンス
Ｚｍａｘ…性能指数Ｚの最大値

【0047】

性能指数Ｚは、次の関係を有する。

【0048】

【数1】

【0049】

【数2】

【0050】

【数3】

【0051】

【数4】

【0052】

図４のグラフにおいて比（Ａ２／Ａ１）が小さくなる側での性能指数Ｚの低下は、熱電モジュール１１０における電気抵抗が大きくなることに起因する。Ａ１／ρ１≦Ａ２／ρ２を満たす場合、熱電モジュール１１０の電気抵抗が抑制され、最適な比（Ａ２／Ａ１）で作製した場合の最大値Ｚｍａｘの５０％を超える性能指数Ｚを得ることができる。

【0053】

図４のグラフにおいて比（Ａ２／Ａ１）が大きくなる側での性能指数Ｚの低下は、第１面１１１と第２面１１２との間の熱伝導率が大きくなることに起因する。κ１・Ａ１≧κ２・Ａ２を満たす場合、第１面１１１と第２面１１２との間の熱伝導率が抑制され、最適な比（Ａ２／Ａ１）で作製した場合の最大値Ｚｍａｘの５０％を超える性能指数Ｚを得ることができる。

【0054】

Ａ３．熱電モジュールの製造方法：
図５は、熱電モジュール１１０の製造方法を示す工程図である。図６は、熱電モジュール１１０を製造する様子を示す説明図である。図７は、熱電モジュール１１０を製造する様子を示す説明図である。

【0055】

熱電モジュール１１０を製造する際には、まず、製造者は、半導体シート３１２を作製する（工程Ｐ１１０）。半導体シート３１２は、熱電用半導体粉末から生成され、半導体層３１０の元となる。

【0056】

半導体シート３１２を作製する際には、製造者は、熱電用半導体粉末と有機溶剤と分散剤とを、混合用の玉石と共にポットミル機によって混合する。これによって、熱電用半導体粉末が有機溶剤に分散した分散混合液が得られる。

【0057】

熱電用半導体粉末は、高温大気中で安定性の高い酸化物熱電材料が好ましい。本実施形態では、熱電用半導体粉末は、Ｃａ3Ｃｏ4Ｏ9であり、ＣａＣＯ3とＣｏ2Ｏ3とをＣａ3Ｃｏ4Ｏ9となるモル比にて混合し８５０℃で５時間焼成したものである。有機溶剤は、トルエン、キシレンなどの比較的に揮発性が高い溶剤であればよく、本実施形態では、エチルアルコールである。

【0058】

本実施形態では、製造者は、６０質量％の熱電用半導体粉末と、３９質量％の有機溶剤と、１質量％の分散剤とを混合することによって、分散混合液を生成する。熱電用半導体粉末の分量は、４０〜７５質量％であればよい。有機溶剤の分量は、２０〜６０質量％であればよい。分散剤の分量は、０．５〜５質量％であればよい。分散混合液を生成する際の混合時間は、０．５〜３０時間であればよく、本実施形態では、５時間である。

【0059】

分散混合液を得た後、製造者は、分散混合液にワニス（バインダ、可塑剤、有機溶剤を含有）を添加し、この分散混合液をポットミル機によって混合する。これによって、半導体シート３１２を作製するためのスラリが得られる。

【0060】

ワニスに含まれるバインダは、ブチラール系、セルロース系などでもよく、本実施形態では、ブチラール系（商品名：ＢＭ−２）である。ワニスに含まれるバインダの分量は、１〜１５質量％であればよく、本実施形態では、３．２質量％である。

【0061】

ワニスに含まれる可塑剤は、フタル酸系（フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、フタル酸ジイソオクチル（ＤＩＯＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）など）であればよく、本実施形態では、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）である。ワニスに含まれる可塑剤の分量は、０．３〜８質量％であればよく、本実施形態では、１．１％である。

【0062】

本実施形態では、製造者は、８１質量％の分散混合液と、１９質量％のワニスとを混合することによって、スラリを生成する。分散混合液の分量は、７０〜９０質量％であればよい。ワニスの分量は、１０〜３０質量％であればよい。スラリを生成する際の混合時間は、０．５〜３０時間であればよく、本実施形態では、５時間である。

【0063】

スラリを得た後、製造者は、シート成形法を用いてスラリから半導体シート３１２を作製する。本実施形態では、半導体シート３１２を作製するシート成形法は、ドクターブレード法である。他の実施形態では、半導体シート３１２を作製するシート成形法は、押出成形法であってもよい。半導体シート３１２は、後工程に適した大きさに成形され、本実施例では、半導体シート３１２の厚さは、０．５ｍｍ（ミリメートル）、すなわち、５００μｍ（マイクロメートル）である。

【0064】

図５の説明に戻り、半導体シート３１２を作製した後（工程Ｐ１１０）、製造者は、絶縁層３２０と接続導電部３３０とを半導体シート３１２に形成することによって、必要な数に応じた複数の第１の中間品３１を作製する（工程Ｐ１２０）。本実施形態では、半導体シート３１２の一方の面に、絶縁層３２０と接続導電部３３０とが形成される。絶縁層３２０と接続導電部３３０とを形成する順序については、絶縁層３２０が先に形成されても、接続導電部３３０が先に形成されてもよく、絶縁層３２０と接続導電部３３０とが同時に形成されてもよい。本実施形態では、製造者は、複数の第１の中間品３１が面内方向に連続して形成された中間品を作製する。他の実施形態では、製造者は、第１の中間品３１を１つずつ作製してもよい。

【0065】

本実施形態では、絶縁層３２０が形成された後、接続導電部３３０が形成される。半導体シート３１２は、図６（Ａ）に示す状態から、絶縁層３２０が形成された図６（Ｂ）の状態となった後、接続導電部３３０が形成された図６（Ｃ）の状態となる。これによって、第１の中間品３１が作製される。本実施形態では、後述するように、第１の中間品３１を逆向きに利用することによって、第１の中間品３１における絶縁層３２０は、絶縁層３７０として機能し、第１の中間品３１における接続導電部３３０は、接続導電部３８０として機能する。

【0066】

絶縁層３２０の材料は、絶縁体であればよく、本実施形態では、シリカ系のガラス（ＳｉＯ2−ＣａＯ−ＢａＯ）である。本実施形態では、絶縁層３２０は、印刷法によって半導体シート３１２に形成される。本実施形態では、絶縁層３２０を形成する印刷法は、スクリーン印刷である。本実施形態では、絶縁層３２０のスクリーン印刷には、ガラス材料を溶剤およびバインダと混練した印刷用ペーストが用いられる。

【0067】

絶縁層３２０の厚さは、電気絶縁性および印刷性の観点から、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜３０μｍがより好ましい。本実施形態では、絶縁層３２０の厚さは、０．０４ｍｍ（４０μｍ）である。

【0068】

他の実施形態では、絶縁層３２０を形成する印刷法は、メタルマスク印刷であってもよい。他の実施形態では、絶縁層３２０は、印刷法を用いて形成するのではなく、シート成形法によって作製した絶縁体シートを半導体シート３１２に積層することによって形成されてもよい。

【0069】

接続導電部３３０の材料は、導電体（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｎｉなどの金属材料の少なくとも１つ）であればよく、本実施形態では、銀（Ａｇ）である。本実施形態では、接続導電部３３０は、印刷法によって半導体シート３１２に形成される。本実施形態では、接続導電部３３０を形成する印刷法は、スクリーン印刷である。本実施形態では、接続導電部３３０のスクリーン印刷には、Ａｇをペースト化した印刷用ペーストが用いられる。接続導電部３３０の厚さは、絶縁層３２０と同じ厚さであり、本実施形態では、０．０４ｍｍ（４０μｍ）である。

【0070】

他の実施形態では、接続導電部３３０を形成する印刷法は、メタルマスク印刷であってもよい。他の実施形態では、接続導電部３３０は、印刷法を用いて形成するのではなく、シート成形法によって作製した導電体シートを半導体シート３１２に積層することによって形成されてもよい。

【0071】

図５の説明に戻り、第１の中間品３１を作製した後（工程Ｐ１２０）、製造者は、導電層３５０と電気抵抗層３６０とを第１の中間品３１に形成することによって、必要な数に応じた複数の第２の中間品３２を作製する（工程Ｐ１３０）。本実施形態では、第１の中間品３１における絶縁層３２０および接続導電部３３０の上に、導電層３５０と電気抵抗層３６０とが形成される。導電層３５０と電気抵抗層３６０とを形成する順序については、導電層３５０が先に形成されても、電気抵抗層３６０が先に形成されてもよく、導電層３５０と電気抵抗層３６０とが同時に形成されてもよい。本実施形態では、製造者は、複数の第２の中間品３２が面内方向に連続して形成された中間品を作製する。他の実施形態では、製造者は、第２の中間品３２を１つずつ作製してもよい。

【0072】

本実施形態では、導電層３５０が形成された後、電気抵抗層３６０が形成される。第１の中間品３１は、図６（Ｃ）に示す状態から、導電層３５０が形成された図６（Ｄ）の状態となった後、電気抵抗層３６０が形成された図６（Ｅ）の状態となる。これによって、第２の中間品３２が作製される。

【0073】

導電層３５０の材料は、導電体（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｎｉなどの金属材料の少なくとも１つ）であればよく、本実施形態では、銀（Ａｇ）である。本実施形態では、導電層３５０は、印刷法によって第１の中間品３１に形成される。本実施形態では、導電層３５０を形成する印刷法は、スクリーン印刷である。本実施形態では、導電層３５０のスクリーン印刷には、Ａｇをペースト化した印刷用ペーストが用いられる。

【0074】

導電層３５０は、前述したように、接続導電部３３０から接続導電部３８０に至る複数の経路を構成するように形成される。導電層３５０は、前述したように、Ａ１／ρ１≦Ａ２／ρ２、κ１・Ａ１≧κ２・Ａ２を満たすことが好ましい。本実施形態では、導電層３５０の厚さは、０．０２ｍｍ（２０μｍ）である。

【0075】

他の実施形態では、導電層３５０を形成する印刷法は、メタルマスク印刷であってもよい。他の実施形態では、導電層３５０は、印刷法を用いて形成するのではなく、シート成形法によって作製した導電体シートを第１の中間品３１に積層することによって形成されてもよい。

【0076】

電気抵抗層３６０の材料は、導電層３５０よりも高い電気抵抗率を有すると共に、絶縁層３２０，３７０を構成する成分の少なくとも１つを含有する材料であればよく、本実施形態では、絶縁層３２０と同じシリカ系のガラス（ＳｉＯ2−ＣａＯ−ＢａＯ）である。本実施形態では、電気抵抗層３６０は、印刷法によって第１の中間品３１に形成される。本実施形態では、電気抵抗層３６０を形成する印刷法は、スクリーン印刷である。本実施形態では、電気抵抗層３６０のスクリーン印刷には、ガラス材料を溶剤およびバインダと混練した印刷用ペーストが用いられる。電気抵抗層３６０の厚さは、導電層３５０と同じ厚さであり、本実施形態では、０．０２ｍｍ（２０μｍ）である。

【0077】

他の実施形態では、電気抵抗層３６０を形成する印刷法は、メタルマスク印刷であってもよい。他の実施形態では、電気抵抗層３６０は、印刷法を用いて形成するのではなく、シート成形法によって作製した絶縁体シートを第１の中間品３１に積層することによって形成されてもよい。

【0078】

図５の説明に戻り、第２の中間品３２を作製した後（工程Ｐ１３０）、製造者は、熱電モジュール１１０の仕様に応じた数量の第１の中間品３１と第２の中間品３２とを熱圧着することによって、複数の積層体３３が連続して形成された第３の中間品を作製する（工程Ｐ１４０）。第３の中間品を作製した後（工程Ｐ１４０）、製造者は、第３の中間品から複数の積層体３３を切り出すことによって、複数の積層体３３を作製する（工程Ｐ１４５）。他の実施形態では、製造者は、１つずつ作製した第１の中間品３１と第２の中間品３２とを熱圧着することによって、積層体３３を１つずつ作製してもよい。

【0079】

本実施形態では、図７に示すように、第１の中間品３１における接続導電部３３０の位置と、第２の中間品３２における接続導電部３３０の位置とが逆になるように、第１の中間品３１と第２の中間品３２とは交互に積層される。本実施形態では、第１の中間品３１における半導体シート３１２と、第２の中間品３２における半導体シート３１２とは、相互に重なり合って１つの半導体層３１０を構成する。

【0080】

図５の説明に戻り、積層体３３を作製した後（工程Ｐ１４５）、製造者は、積層体３３を焼成することによって複数の積層構造２０を同時に生成する（工程Ｐ１５０）。本実施形態では、製造者は、積層体３３を脱脂した後、焼成を行う。脱脂の温度は２００〜５００℃、脱脂の時間は１〜１００時間であればよく、本実施形態では、脱脂の温度は２５０℃であり、脱脂の時間は１０時間である。焼成の温度は８００〜９５０℃、焼成の時間は１〜５０時間であればよく、本実施形態では、焼成の温度は８５０℃であり、焼成の時間は５時間である。

【0081】

積層体３３を焼成した後（工程Ｐ１５０）、本実施形態では、製造者は、複数の積層構造２０に電極４１０，４２０を取り付ける。これによって、熱電モジュール１１０が完成する。電極４１０，４２０は、電極４１０，４２０を形成する部位に塗布した導体ペーストを焼成することによって形成される。本実施形態では、電極４１０，４２０は、導電層３５０と同様に印刷法によって形成される。他の実施形態では、製造者は、電極４１０，４２０を形成する導体ペーストを積層体３３に予め塗布した後、積層体３３を焼成する際（工程Ｐ１５０）に、電極４１０，４２０を積層体３３とともに焼成してもよい。

【0082】

Ａ４．熱電モジュールの評価試験：
図８は、導電層３５０の経路数に関する評価試験の結果を示す表である。図８の評価試験では、導電層３５０の経路数が１つの場合と、導電層３５０の経路数が２つの場合とについて、導電層３５０の電熱特性の変化を評価した。

【0083】

図９は、導電層３５０の経路数が１つである熱電モジュール１１０Ａの構成を示す説明図である。熱電モジュール１１０Ａは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、導電層３５０の経路数が２つである熱電モジュール１１０（図２および図３）と同様である。熱電モジュール１１０Ａの導電層３５０は、第１面１１１から第２面１１２にわたってＺ軸に沿って延びた状態でＸ軸方向の中央に配置されており、第１面１１１から第２面１１２に至る経路数は１つである。熱電モジュール１１０Ａでは、導電層３５０の幅は、第１面１１１から第２面１１２にわたって同じである。

【0084】

図８の評価試験における熱電モジュール１１０，１１０Ａは、Ｘ軸方向の長さ１０ｍｍ、Ｙ軸方向の長さ１０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さ５ｍｍである。図８の評価試験における熱電モジュール１１０，１１０Ａでは、第１層２１の厚さ５００μｍ、第２層２２の厚さ２０μｍ、第３層２３の厚さ１０μｍである。

【0085】

図８の評価試験における熱電モジュール１１０では、導電層３５０を構成する帯部３５１，３５２の各幅は０．５ｍｍであり、帯部３５１は、第６面１１６から３ｍｍ離して配置されており、帯部３５２は、第５面１１５から３ｍｍ離して配置されている。図８の評価試験における熱電モジュール１１０Ａでは、導電層３５０の幅は１ｍｍである。図８の評価試験における熱電モジュール１１０と熱電モジュール１１０Ａとの間で、導電層３５０の形成量は同じである。

【0086】

図８の評価試験では、試験者は、熱電モジュール１１０，１１０Ａの各々について、第１面１１１を３００℃に加熱すると共に、第２面１１２を水冷した状態で、第２面１１２における半導体層３１０の表面温度のうち最高温度Ｔｍａｘと最低温度Ｔｍｉｎとを計測し、最高温度Ｔｍａｘと最低温度Ｔｍｉｎとの温度差を算出した。

【0087】

図２３は、熱電モジュール１１０の第２面１１２を示す説明図である。熱電モジュール１１０では、最高温度Ｔｍａｘは、半導体層３１０の表面のうち２つの導電層３５０に挟まれた位置ＰＴ１において計測され、最低温度Ｔｍｉｎは、半導体層３１０の表面のうち導電層３５０よりも第６面１１６側に寄った位置ＰＴ２、または、第５面１１５側に寄った位置において計測された。熱電モジュール１１０Ａでは、熱電モジュール１１０と同様に、最高温度Ｔｍａｘは、半導体層３１０の表面のうち２つの導電層３５０に挟まれた位置において計測され、最低温度Ｔｍｉｎは、半導体層３１０の表面のうち導電層３５０よりも第６面１１６側に寄った位置、または、第５面１１５側に寄った位置において計測された。

【0088】

図８に示すように、導電層３５０の経路数が１つである熱電モジュール１１０Ａよりも、導電層３５０の経路数が２つである熱電モジュール１１０の方が、半導体層３１０における温度差が緩和されることが確認された。したがって、熱膨張差に起因する層間剥離を防止する観点からも、導電層３５０の経路数を増やすことが効果的であることが分かる。

【0089】

Ａ５．効果：
以上説明した第１実施形態によれば、絶縁層３２０と絶縁層３７０との間の第３層２３に導電層３５０が分散した状態で配置されるため、絶縁層３２０および絶縁層３７０のほぼ全域にわたって導電層３５０が一面に形成されている場合と比較して、導電層３５０が配置された第３層２３における絶縁層３２０および絶縁層３７０に対する密着性を向上させることができる。また、面内の一部分に導電層３５０が集中して形成される場合と比較して、導電層３５０の近傍に生じる熱膨張差を低減することができる。その結果、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。

【0090】

また、導電層３５０は、接続導電部３３０と接続導電部３８０との間を繋ぐ帯状をなす複数の帯部３５１，３５２を含むため、複数の経路を構成する形状をなす導電層３５０の容易な形成を可能にすることができる。

【0091】

また、積層構造２０がＡ１／ρ１≦Ａ２／ρ２を満たす場合には、半導体層３１０の電気抵抗よりも導電層３５０の電気抵抗が小さくなることによって、熱電モジュール１１０の電気抵抗が全体的に大きくなることによる発電効率の低下を抑えることができる。

【0092】

また、積層構造２０がκ１・Ａ１≧κ２・Ａ２を満たす場合には、半導体層３１０の熱伝導量よりも導電層３５０の熱伝導量が小さくなることによって、熱電モジュール１１０の熱伝導率が大きくなることによる発電効率の低下を抑えることができる。

【0093】

また、電気抵抗層３６０の熱伝導率が導電層３５０よりも低くいため、絶縁層３２０および絶縁層３７０のほぼ全域にわたって導電層３５０が一面に形成されている場合と比較して、第１面１１１と第２面１１２との間における熱伝導が抑制されることによって、発電効率を向上させることができる。

【0094】

また、導電層３５０と、接続導電部３３０と、接続導電部３８０との各主成分は、同じ金属元素であるため、接続導電部３３０および接続導電部３８０に対する導電層３５０の密着性を向上させることができる。

【0095】

また、電気抵抗層３６０を構成する成分は、絶縁層３２０，３７０を構成する成分と同じであるため、絶縁層３２０，３７０に対する電気抵抗層３６０の密着性を向上させることができる。

【0096】

また、電極４１０が第３面１１３に配置され、電極４２０が第４面１１４に配置されているため、第１面１１１および第２面１１２に電極４１０，４２０が形成されている場合と比較して、熱源９０に対する第１面１１１および第２面１１２の容易な配置を可能にすることができる。

【0097】

また、第１実施形態における熱電モジュール１１０の製造方法によれば、積層体３３を焼成することによって１つ以上の積層構造２０を同時に生成するため、層間剥離による損傷を抑制した熱電モジュール１１０を容易に製造することができる。

【0098】

Ａ６．第１変形例：
導電層３５０は、電気抵抗層３６０と、絶縁層３２０と、絶縁層３７０との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有してもよい。これによって、共通の成分を含有する層に対する導電層３５０の密着性を向上させることができる。

【0099】

Ａ７．第２変形例：
接続導電部３３０，３８０は、電気抵抗層３６０と、絶縁層３２０と、絶縁層３７０と、半導体層３１０との少なくとも１つを構成する成分の少なくとも１つを含有してもよい。これによって、共通の成分を含有する層に対する接続導電部３３０，３８０の各密着性を向上させることができる。例えば、接続導電部３３０，３８０は、半導体層３１０を構成するＣａ3Ｃｏ4Ｏ9を５質量％含有する部位であってもよい。

【0100】

Ａ８．第３変形例：
電気抵抗層３６０は、絶縁層３２０，３７０を構成する成分の少なくとも１つを含有すればよい。これによって、絶縁層３２０，３７０に対する電気抵抗層３６０の密着性を向上させることができる。例えば、絶縁層３２０，３７０がＳｉＯ2−ＣａＯ−ＢａＯから形成される場合、電気抵抗層３６０は、ＳｉＯ2とＣａＯとＢａＯとの少なくとも１つを含有すればよい。

【0101】

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における熱電モジュール１１０Ｂの構成を示す説明図である。図１０には、第２実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第２実施形態の熱電モジュール１１０Ｂは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。

【0102】

第２実施形態における導電層３５０は、帯部３５１，３５２に加え、帯部３５３を備える点を除き、第１実施形態と同様である。第２実施形態における導電層３５０の帯部３５１，３５２は、第１の帯部および第２の帯部であり、帯部３５１に繋がる点を除き、第１実施形態と同様である。第２実施形態における導電層３５０の帯部３５３は、帯部３５１と帯部３５２との間を繋ぐ第３の帯部である。本実施形態では、帯部３５３は、帯部３５１の中央から帯部３５２の中央にわたってＸ軸に沿って延びた状態で配置されている。本実施形態では、帯部３５３の幅は、帯部３５１から帯部３５２にわたって同じである。

【0103】

以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。また、帯部３５１，３５２の一方が断線した場合であっても、帯部３５３によって導電層３５０全体の電気抵抗の増大が抑制されることによって、発電効率の低下を抑制することができる。第２実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0104】

Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態における熱電モジュール１１０Ｃの構成を示す説明図である。図１１には、第３実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第３実施形態の熱電モジュール１１０Ｃは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第３実施形態における導電層３５０は、Ｚ軸に沿った複数の帯部とＸ軸に沿った複数の帯部とによって網目状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。

【0105】

以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。また、導電層３５０の一部が断線した場合であっても、導電層３５０全体の電気抵抗の増大が抑制されることによって、発電効率の低下を抑制することができる。第３実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0106】

Ｄ．第４実施形態：
図１２は、第４実施形態における熱電モジュール１１０Ｄの構成を示す説明図である。図１２には、第４実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第４実施形態の熱電モジュール１１０Ｄは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第４実施形態における導電層３５０は、第１面１１１から第２面１１２にわたって−Ｘ軸方向側から＋Ｘ軸方向側に向けて斜行した複数の帯部と、第１面１１１から第２面１１２にわたって＋Ｘ軸方向側から−Ｘ軸方向側に向けて斜行した複数の帯部とによって網目状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。

【0107】

以上説明した第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。また、導電層３５０の一部が断線した場合であっても、導電層３５０全体の電気抵抗の増大が抑制されることによって、発電効率の低下を抑制することができる。また、Ｚ軸方向に沿った方向に延びた状態で配置された帯部と比較して、導電層３５０が長くなるため、第１面１１１と第２面１１２との間における導電層３５０を介した熱伝導が抑制されることによって、発電効率を向上させることができる。第４実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0108】

Ｅ．第５実施形態：
図１３は、第５実施形態における熱電モジュール１１０Ｅの構成を示す説明図である。図１３には、第５実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第５実施形態の熱電モジュール１１０Ｅは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第５実施形態における導電層３５０は、第１面１１１から第２面１１２にわたってＺ軸に沿って延びた６つの帯部からなる点を除き、第１実施形態と同様である。第５実施形態における導電層３５０を構成する帯部の数は、６つに限るものではなく、２つ以上であればよい。以上説明した第５実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第５実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0109】

Ｆ．第６実施形態：
図１４は、第６実施形態における熱電モジュール１１０Ｆの構成を示す説明図である。図１４には、第６実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第６実施形態の熱電モジュール１１０Ｆは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第６実施形態における導電層３５０は、第１面１１１から第２面１１２にわたって−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向との間を蛇行する５つの帯部からなる点を除き、第１実施形態と同様である。第６実施形態における導電層３５０を構成する帯部の数は、５つに限るものではなく、２つ以上であればよい。以上説明した第６実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第６実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0110】

Ｇ．第７実施形態：
図１５は、第７実施形態における熱電モジュール１１０Ｇの構成を示す説明図である。図１５には、第７実施形態における導電層３５０が、接続導電部３３０，３８０と共に、図３と同様に図示されている。第７実施形態の熱電モジュール１１０Ｇは、接続導電部３３０，３８０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第７実施形態における接続導電部３３０，３８０は、導電層３５０に接続する位置に点在し、それぞれ矩形状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。以上説明した第７実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第７実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0111】

Ｈ．第８実施形態：
図１６は、第８実施形態における熱電モジュール１１０Ｈの構成を示す説明図である。図１６には、第８実施形態における導電層３５０が、接続導電部３３０，３８０と共に、図３と同様に図示されている。第８実施形態の熱電モジュール１１０Ｈは、接続導電部３３０，３８０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第８実施形態における接続導電部３３０，３８０は、導電層３５０に接続する位置に点在し、それぞれ円形状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。以上説明した第８実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第８実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0112】

Ｉ．第９実施形態：
図１７は、第９実施形態における熱電モジュール１１０Ｊの構成を示す説明図である。図１７には、第９実施形態における導電層３５０が、接続導電部３３０，３８０と共に、図３と同様に図示されている。第９実施形態の熱電モジュール１１０Ｊは、導電層３５０および接続導電部３３０，３８０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第９実施形態における導電層３５０は、２つの帯部がＸ軸方向の両端に位置する点を除き、第１実施形態と同様である。第９実施形態における接続導電部３３０，３８０は、導電層３５０に接続する位置に点在し、それぞれ矩形状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。以上説明した第９実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第９実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0113】

Ｊ．第１０実施形態：
図１８は、第１０実施形態における熱電モジュール１１０Ｋの構成を示す説明図である。図１８には、第１０実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第１０実施形態の熱電モジュール１１０Ｋは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第１０実施形態における導電層３５０は、Ｚ軸方向に沿った２つの帯部に加え、Ｙ軸に沿って接続導電部３３０，３８０を投影した位置にも形成されている点を除き、第１実施形態と同様である。以上説明した第１０実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第１０実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0114】

Ｋ．第１１実施形態：
図１９は、第１１実施形態における熱電モジュール１１０Ｌの構成を示す説明図である。図１９には、第１１実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第１１実施形態の熱電モジュール１１０Ｌは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第１１実施形態における導電層３５０は、Ｚ軸方向に沿った２つの帯部に加え、Ｙ軸に沿って接続導電部３３０を投影した位置にも形成されている点を除き、第１実施形態と同様である。他の実施形態では、導電層３５０は、Ｚ軸方向に沿った２つの帯部に加え、Ｙ軸に沿って接続導電部３８０を投影した位置にも形成されてもよい。以上説明した第１１実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第１１実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0115】

Ｌ．第１２実施形態：
図２０は、第１２実施形態における熱電モジュール１１０Ｍの構成を示す説明図である。図２０には、第１２実施形態における導電層３５０が、図３と同様に図示されている。第１２実施形態の熱電モジュール１１０Ｍは、導電層３５０の形状が異なる点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。第１２実施形態における導電層３５０は、Ｙ軸に沿って接続導電部３３０，３８０を投影した部位に重なる帯部の幅を他の部位よりも大きくした形状をなす点を除き、第１実施形態と同様である。以上説明した第１２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。第１２実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0116】

Ｍ．第１３実施形態：
図２１は、第１３実施形態における熱電モジュール１１０Ｎの構成を示す説明図である。図２１には、第１３実施形態における第２層２２と、第３層２３と、第４層２４とが、図２と同様に図示されている。第１３実施形態の熱電モジュール１１０Ｎは、第２層２２と、第３層２３と、第４層２４との各層における第１面１１１側に、熱絶縁部３９２，３９３，３９４をそれぞれ設けた点を除き、第１実施形態の熱電モジュール１１０と同様である。熱絶縁部３９２，３９３，３９４は、熱伝導率が導電層３５０よりも低い絶縁体からなる。以上説明した第１３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、層間剥離による熱電モジュール１１０の損傷を抑制することができる。また、熱絶縁部３９２，３９３，３９４によって、第１面１１１と第２面１１２との間における導電層３５０を介した熱伝導が抑制されるため、発電効率を向上させることができる。第１３実施形態は、他の実施形態やその変形例に適用可能である。

【0117】

Ｎ．他の実施形態：
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0118】

１０…熱電装置
２０…積層構造
２１…第１層
２２…第２層
２３…第３層
２４…第４層
３１…第１の中間品
３２…第２の中間品
３３…積層体
９０…熱源
１１０…熱電モジュール
１１０Ａ〜Ｊ，Ｋ〜Ｎ…熱電モジュール
１１１…第１面
１１２…第２面
１１３…第３面
１１４…第４面
１１５…第５面
１１６…第６面
１３０…電力調整部
１８０…電力出力部
３１０…半導体層
３１２…半導体シート
３２０…絶縁層
３３０…接続導電部
３５０…導電層
３５１，３５２，３５３…帯部
３６０…電気抵抗層
３７０…絶縁層
３８０…接続導電部
３９２…熱絶縁部
４１０，４２０…電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】