(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022013535
(43)【公開日】2022-01-18
(54)【発明の名称】発電素子、発電装置、電子機器、及び発電素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 37/00 20060101AFI20220111BHJP
H02N 11/00 20060101ALI20220111BHJP
【ＦＩ】
H01L37/00
H02N11/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020138916
(22)【出願日】2020-08-19
(62)【分割の表示】P 2020113330の分割
【原出願日】2020-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】516230102
【氏名又は名称】株式会社ＧＣＥインスティチュート
(74)【代理人】
【識別番号】100120868
【弁理士】
【氏名又は名称】安彦 元
(72)【発明者】
【氏名】後藤 博史
(72)【発明者】
【氏名】坂田 稔
(72)【発明者】
【氏名】アンダーソン ラーシェ マティアス
(57)【要約】
【課題】出力電圧の向上を図ることができる発電素子、発電装置、電子機器、及び発電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第１の方向に積層された複数の積層体１を備え、複数の前記積層体１は、第１主面１１ａと、該第１主面１１ａと前記第１の方向において対向する第２主面１１ｂとを有するとともに、導電性を有する基板１１を含む第１電極部１０と、前記第１主面１１ａに接して設けられ、前記基板１１とは異なる仕事関数を有する第２電極２２と、前記第２主面１１ｂ側に設けられる中間部１４と、を含み、前記第１電極部１０は、前記基板１１と前記中間部１４との間に設けられ、前記第２主面１１ｂに接する第１電極２１を含み、前記第１電極２１の仕事関数は、前記第２電極２２の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】第１の方向に積層された複数の積層体１を備え、複数の前記積層体１は、第１主面１１ａと、該第１主面１１ａと前記第１の方向において対向する第２主面１１ｂとを有するとともに、導電性を有する基板１１を含む第１電極部１０と、前記第１主面１１ａに接して設けられ、前記基板１１とは異なる仕事関数を有する第２電極２２と、前記第２主面１１ｂ側に設けられる中間部１４と、を含み、前記第１電極部１０は、前記基板１１と前記中間部１４との間に設けられ、前記第２主面１１ｂに接する第１電極２１を含み、前記第１電極２１の仕事関数は、前記第２電極２２の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子であって、
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電素子。
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電素子。
【請求項2】
前記基板の比抵抗値が、１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載の発電素子。
を特徴とする請求項１記載の発電素子。
【請求項3】
前記中間部は、ナノ粒子を含むとともに、前記ナノ粒子は導電物を含み、
前記基板の比抵抗値は、前記中間部の比抵抗値より小さいこと
を特徴とする請求項１又は２記載の発電素子。
前記基板の比抵抗値は、前記中間部の比抵抗値より小さいこと
を特徴とする請求項１又は２記載の発電素子。
【請求項4】
前記第１電極部は、前記中間部を囲み、他の前記積層体を支持する支持部を含み、
前記支持部は、前記基板の一部が酸化したものであること
を特徴とする請求項１～３のうち何れか１項記載の発電素子。
前記支持部は、前記基板の一部が酸化したものであること
を特徴とする請求項１～３のうち何れか１項記載の発電素子。
【請求項5】
前記基板は、半導体であり、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも何れかに設けられた縮退部と、非縮退部とを有すること
を特徴とする請求項１～４のうち何れか１項記載の発電素子。
を特徴とする請求項１～４のうち何れか１項記載の発電素子。
【請求項6】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えた発電装置であって、
前記発電素子は、
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電装置。
前記発電素子は、
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電装置。
【請求項7】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子と、前記発電素子を電源に用いて駆動させることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、
前記発電素子は、
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする電子機器。
前記発電素子は、
第１の方向に積層された複数の積層体を備え、
複数の前記積層体は、
第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、
前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、
前記第２主面側に設けられる中間部と、
を含み、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする電子機器。
【請求項8】
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の製造方法であって、
第１主面と、該第１主面と第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに導電性を有する基板を含む第１電極部を形成する第１電極部形成工程と、
前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極を前記第１主面に接して形成する第２電極形成工程と、
前記第２電極と前記第１電極部をこの順に２以上積層させる積層工程と、
中間部を、前記第２電極と、前記第２主面との間に形成する中間部形成工程と、
を有し、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電素子の製造方法。
第１主面と、該第１主面と第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに導電性を有する基板を含む第１電極部を形成する第１電極部形成工程と、
前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極を前記第１主面に接して形成する第２電極形成工程と、
前記第２電極と前記第１電極部をこの順に２以上積層させる積層工程と、
中間部を、前記第２電極と、前記第２主面との間に形成する中間部形成工程と、
を有し、
前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、
前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいこと
を特徴とする発電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子、発電装置、電子機器、及び発電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電素子の開発が盛んに行われている。特に、電極の有する仕事関数の差分を利用した電気エネルギーの生成に関し、例えば特許文献１に開示された熱電素子等が提案されている。このような熱電素子は、電極に与える温度差を利用して電気エネルギーを生成する構成に比べて、様々な用途への利用が期待されている。
【0003】
特許文献１には、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、第１積層部と、第１積層部の上に積層された第２積層部と、を有する積層体を備え、第１積層部及び第２積層部は、積層体の積層方向と交わる主面を有する基材と、基材内に設けられた配線と、積層方向に沿って、配線と離間して設けられた第１電極層と、基材内において配線と接し、第１電極層と配線との間に設けられ、第１電極層とは異なる仕事関数を有する第２電極層と、基材内に設けられ、第１電極層と第２電極層との間に接して設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、をそれぞれ有し、第１積層部の有する第１電極層は、第２積層部の有する配線に接し、ナノ粒子は、第１電極層の仕事関数と、第２電極層の仕事関数との間の仕事関数を有する熱電素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６４１１６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、発電素子を発電装置として用いる場合、得られる電流や電圧を高くするために、電極部分を積層した構成が要求される。この点、特許文献１に開示された熱電素子では、基材内に設けられ、第２電極層と接する配線が開示されている。このため、電極と配線間の接触抵抗に起因する素子全体の抵抗が増加し、出力電圧向上の妨げになることが懸念として挙げられる。
【0006】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、出力電圧の向上を図ることができる発電素子、発電装置、電子機器、及び発電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第１発明に係る発電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子であって、第１の方向に積層された複数の積層体を備え、複数の前記積層体は、第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、前記第１主面に接して設けられ、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極と、前記第２主面側に設けられる中間部と、を含み、前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【0008】
第２発明に係る発電素子は、第１発明において、前記基板の比抵抗値が１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。
【0009】
第３発明に係る発電素子は、第１発明又は第２発明において、前記中間部は、ナノ粒子を含むとともに、前記ナノ粒子は導電物を含み、前記基板の比抵抗値は、前記中間部の比抵抗値より小さいことを特徴とする。
【0010】
第４発明に係る発電素子は、第１発明～第３発明の何れかにおいて、前記第１電極部は、前記中間部を囲み、他の前記積層体を支持する支持部を含み、前記支持部は、前記基板の一部が酸化したものであることを特徴とする。
【0011】
第５発明に係る発電素子は、第１発明～第４発明の何れかにおいて、前記基板は、半導体であり、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも何れかに設けられた縮退部と、非縮退部とを有することを特徴とする。
【0012】
第６発明に係る発電装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子を備えた発電装置であって、前記発電素子は、第１の方向に積層された複数の積層体を備え、複数の前記積層体は、第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、前記第１主面に接して設けられる中間部と、を含み、前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【0013】
第７発明に係る電子機器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子と、前記発電素子を電源に用いて駆動させることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、前記発電素子は、第１の方向に積層された複数の積層体を備え、複数の前記積層体は、第１主面と、該第１主面と前記第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに、導電性を有する基板を含む第１電極部と、前記第１主面に接して設けられる中間部と、を含み、前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【0014】
第８発明に係る発電素子の製造方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の製造方法であって、第１主面と、該第１主面と第１の方向において対向する第２主面とを有するとともに導電性を有する基板を含む第１電極部を形成する第１電極部形成工程と、前記基板とは異なる仕事関数を有する第２電極を前記第１主面に接して形成する第２電極形成工程と、前記第２電極と前記第１電極部をこの順に２以上積層させる積層工程と、中間部を、前記第２電極と、前記第２主面との間に形成する中間部形成工程と、を有し、前記第１電極部は、前記基板と前記中間部との間に設けられ、前記第２主面に接する第１電極を含み、前記第１電極の仕事関数は、前記第２電極の仕事関数より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
第１発明～第５発明によれば、複数の積層体は、導電性を有する基板を含む第１電極部と、第２電極と、中間部と、を含む。このため、複数の積層体の間に配線が不要となり、素子全体の抵抗の増加を抑制することができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。また、積層に伴う基板起因の抵抗増大を抑制できる。これにより、発電効率の更なる向上を図ることができる。
【0016】
特に第２発明によれば、基板の比抵抗値が１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下である。このため、積層体の積層数に伴い増加する抵抗、を抑制することができる。これにより、発電素子の発電効率の更なる向上を図ることができる。
【0017】
特に第３発明によれば、中間部に含まれるナノ粒子は導電物を含む。このため、中間部内をナノ粒子が移動し易くなる。これにより、発電効率の向上を図ることが可能となる。
【0018】
特に第４発明によれば、支持部は、基板の一部が酸化したものである。このため、新たに支持部を形成する場合に比べて、支持部の高さを高精度に制御することができ、電極間ギャップの大きさを高精度に設定することができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
【0019】
特に第５発明によれば、基板は、半導体であり、第１主面及び第２主面の少なくとも何れかに設けられた縮退部と、非縮退部とを有する。このため、縮退部を有しない構成に比べて、第２電極等の他の構成との接触抵抗を低減させることができる。これにより、素子全体の抵抗の増加を抑制することが可能となる。
【0020】
第６発明によれば、発電素子への電気的配線の接続や、発電素子の検査を容易化することができる。このため、形成しやすい中間部を持つ発電素子を備えた発電装置を提供できる。
【0021】
第７発明によれば、発電素子への電気的配線の接続や、発電素子の検査を容易化することができる。このため、発電素子を含む電子機器を得ることができる。
【0022】
第８発明によれば、発電素子は、第１発明から第５発明の発電素子の製造方法により製造される。このため、複数の積層体の間に配線が不要となり、素子全体の抵抗の増加を抑制することができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態としての発電素子及び発電素子の製造方法それぞれの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、各電極部が積層される高さ方向を第１の方向Ｚとし、第１の方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第２の方向Ｘとし、第１の方向Ｚ及び第２の方向Ｘのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第３の方向Ｙとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。
【0025】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における発電素子１００、発電装置２００の一例を示す模式図である。図１に示すように、発電素子１００は、第１の方向に積層された複数の積層体１を備える。発電素子１００を構成する積層体１の個数は、必要な電力を考慮して適宜増減すればよく、特に限定されるものではない。
図１は、第１実施形態における発電素子１００、発電装置２００の一例を示す模式図である。図１に示すように、発電素子１００は、第１の方向に積層された複数の積層体１を備える。発電素子１００を構成する積層体１の個数は、必要な電力を考慮して適宜増減すればよく、特に限定されるものではない。
【0026】
＜発電装置２００＞
図１（ａ）は、第１実施形態に係る発電素子を備えた発電装置の一例を示す模式断面図である。
図１（ａ）は、第１実施形態に係る発電素子を備えた発電装置の一例を示す模式断面図である。
【0027】
図１（ａ）に示すように、発電装置２００は、発電素子１００と、第１配線１０１と、第２配線１０２とを含む。発電素子１００は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような発電素子１００を備えた発電装置２００は、例えば、図示せぬ熱源に搭載又は設置され、熱源の熱エネルギーを元として、発電素子１００が発生させた電気エネルギーを、第１配線１０１及び第２配線１０２を介して負荷Ｒへ出力する。負荷Ｒの一端は第１配線１０１と電気的に接続され、他端は第２配線１０２と電気的に接続される。負荷Ｒは、例えば電気的な機器を示している。負荷Ｒは、発電装置２００を主電源又は補助電源に用いて駆動される。
【0028】
発電素子１００の熱源としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子デバイス又は電子部品、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子、自動車等のエンジン、工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等を利用することができる。例えば、電子デバイス、電子部品、発光素子、エンジン、及び生産設備等は人工熱源である。人体、太陽光、及び環境温度等は自然熱源である。発電素子１００を備えた発電装置２００は、例えばＩｏＴ（Internet of Things）デバイス及びウェアラブル機器等のモバイル機器や自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池の代替又は補助として用いることができる。さらに、発電装置２００は、太陽光発電等のような、より大型の発電装置への応用も可能である。
【0029】
＜発電素子１００＞
発電素子１００は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。発電素子１００は、発電装置２００内に設けるだけでなく、発電素子１００自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、発電素子１００自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となる。
発電素子１００は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。発電素子１００は、発電装置２００内に設けるだけでなく、発電素子１００自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、発電素子１００自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となる。
【0030】
発電素子１００は、複数の積層体１を備える。各積層体１は、第１電極部１０と、第２電極２２と、中間部１４を含む。第１電極部１０は、例えば基板１１と、支持部３０とを含む。基板１１は、第１主面１１ａと、第１主面１１ａと第１の方向Ｚにおいて対向する第２主面１１ｂとを有するとともに導電性を有する。第２電極２２は、第１主面１１ａに接して設けられ、基板１１とは異なる仕事関数を有する。中間部１４は、第２主面１１ｂ側に設けられ、ナノ粒子を含む。中間部１４は、支持部３０と、第１封止部３１と、第２封止部３２により積層体１内に保持される。
【0031】
＜基板＞
基板１１は、導電性を有する板状の部材である。第１の方向Ｚに沿った基板１１の厚みは、例えば０．０３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。基板１１の厚みをこのような範囲とすることで、発電素子１００の厚みを薄くすることができる。一方、基板１１の厚みが０．０３ｍｍを下回ると、基板１１が変形し易くなり、中間部１４の厚みを制御しにくくなる。また、基板１１の厚みが１．０ｍｍより厚ければ、発電素子１００の寸法が大きくなり過ぎてしまう。
基板１１は、導電性を有する板状の部材である。第１の方向Ｚに沿った基板１１の厚みは、例えば０．０３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。基板１１の厚みをこのような範囲とすることで、発電素子１００の厚みを薄くすることができる。一方、基板１１の厚みが０．０３ｍｍを下回ると、基板１１が変形し易くなり、中間部１４の厚みを制御しにくくなる。また、基板１１の厚みが１．０ｍｍより厚ければ、発電素子１００の寸法が大きくなり過ぎてしまう。
【0032】
また、基板１１の厚みは、例えば積層体１の短手方向（図１（ｂ）における第２の方向Ｘ）における外形寸法の１／１０以下であればよい。基板１１の厚みをこのような条件とすることで、発電素子１００の厚みを薄くすることができるが、この範囲外であれば発電素子１００の厚みが大きくなるという不都合が生じる。基板１１の第２の方向Ｘの幅は、中間部１４の第２の方向Ｘの幅よりも大きい。
【0033】
基板１１の材料としては、導電性を有する金属材料を選ぶことができる。金属材料としては、例えば鉄、アルミニウム、銅、又はアルミニウムと銅との合金等を挙げることができる。また、基板１１の材料としては、例えばＳｉ、ＧａＮ等の導電性を有する半導体の他、導電性高分子材料を用いてもよい。
【0034】
基板１１は、第１主面１１ａと、第２主面１１ｂを有する。以下の説明では、第２電極２２と接する側（第１の方向Ｚにおける上側）の面を第１主面１１ａとし、中間部１４あるいは支持部３０が設けられる側（第１の方向Ｚにおける下側）の面を第２主面１１ｂとする。基板の形状は、正方形、長方形、その他、円盤状であってもよい。
【0035】
基板１１の比抵抗値は、例えば１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下であればよい。基板１１の比抵抗値が１×１０－６Ω・ｃｍを下回ると、材料の選定が難しい。また、基板１１の比抵抗値が１×１０６Ω・ｃｍよりも大きいと、電流のロスが増大する。
【0036】
また、基板１１の比抵抗値は、例えば中間部１４の比抵抗値、支持部３０の比抵抗値よりも小さい値であればよい。基板１１の比抵抗値が、中間部１４の比抵抗値、支持部３０の比抵抗値よりも大きいと、高い出力電圧を得ることができない懸念がある。
【0037】
＜第２電極＞
第２電極２２は、第１主面１１ａに設けられ、基板１１とは異なる仕事関数を有する。第２電極２２は、基板１１との間に仕事関数差が生じるのであれば、いかなる材料により構成されてもよいが、例えば、以下に示す金属から選ぶことができる。
白金（Ｐｔ）
タングステン（Ｗ）
アルミニウム（Ａｌ）
チタン（Ｔｉ）
ニオブ（Ｎｂ）
モリブデン（Ｍｏ）
タンタル（Ｔａ）
レニウム（Ｒｅ）
第２電極２２は、第１主面１１ａに設けられ、基板１１とは異なる仕事関数を有する。第２電極２２は、基板１１との間に仕事関数差が生じるのであれば、いかなる材料により構成されてもよいが、例えば、以下に示す金属から選ぶことができる。
白金（Ｐｔ）
タングステン（Ｗ）
アルミニウム（Ａｌ）
チタン（Ｔｉ）
ニオブ（Ｎｂ）
モリブデン（Ｍｏ）
タンタル（Ｔａ）
レニウム（Ｒｅ）
【0038】
第２電極２２の材料として、非金属導電物を選ぶことも可能である。非金属導電物の例としては、シリコン（Ｓｉ：例えばｐ型Ｓｉ、あるいはｎ型Ｓｉ）、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。
【0039】
第２電極２２の第１の方向Ｚに沿った厚さは、例えば４ｎｍ以上１μｍ以下である。より好ましくは、４ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【0040】
＜中間部＞
図２は、中間部１４の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、中間部１４は、積層体１の下方側に位置し、積層体１が複数積層された場合に、上側の積層体１の基板１１と下側の積層体１の第２電極２２との間に設けられる。中間部１４は、基板１１との仕事関数との第２電極２２の仕事関数との間の仕事関数を有するナノ粒子１４１を含む。
図２は、中間部１４の一例を示す模式断面図である。図１に示すように、中間部１４は、積層体１の下方側に位置し、積層体１が複数積層された場合に、上側の積層体１の基板１１と下側の積層体１の第２電極２２との間に設けられる。中間部１４は、基板１１との仕事関数との第２電極２２の仕事関数との間の仕事関数を有するナノ粒子１４１を含む。
【0041】
基板１１と第２電極２２との間には、第１の方向Ｚに沿って電極間ギャップＧが設定される。発電素子１００では、電極間ギャップＧは、支持部３０の第１の方向Ｚに沿った厚さによって設定される。電極間ギャップＧの幅の一例は、例えば、１０μｍ以下の有限値である。電極間ギャップＧの幅は狭いほど、発電素子１００の発電効率が向上する。また、電極間ギャップＧの幅は狭いほど、発電素子１００の第１の方向Ｚに沿った厚さを薄くできる。このため、例えば、電極間ギャップＧの幅は狭い方がよい。電極間ギャップＧの幅は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、電極間ギャップＧの幅と、支持部３０の、第１の方向Ｚに沿った厚さとは、ほぼ等価である。
【0042】
中間部１４は、例えば、複数のナノ粒子１４１と、溶媒１４２と、を含む。複数のナノ粒子１４１は、溶媒１４２内に分散されている。中間部１４は、例えば、ナノ粒子１４１が分散された溶媒１４２を、ギャップ部１４０内に充填することで得られる。ナノ粒子１４１の粒子径は、電極間ギャップＧよりも小さい。ナノ粒子１４１の粒子径は、例えば、電極間ギャップＧの１／１０以下の有限値とされる。ナノ粒子１４１の粒子径を、電極間ギャップＧの１／１０以下とすると、ギャップ部１４０内に、ナノ粒子１４１を含む中間部１４を形成しやすくなる。これにより、発電素子１００の生産に際し、作業性が向上する。
【0043】
ナノ粒子１４１は、例えば導電物を含む。ナノ粒子１４１の仕事関数の値は、例えば、基板１１の仕事関数の値と、第２電極２２の仕事関数の値との間にある。例えば、ナノ粒子１４１の仕事関数の値は、３．０ｅＶ以上５．５ｅＶ以下の範囲とされる。これにより、中間部１４内にナノ粒子１４１がない場合に比較して、電気エネルギーの発生量を、さらに増加させることが可能となる。なお、ナノ粒子１４１の仕事関数の値は、基板１１の仕事関数の値と第２電極２２の仕事関数の値の間以外であってもよい。
【0044】
ナノ粒子１４１の材料の例としては、金及び銀の少なくとも１つを選ぶことができる。なお、ナノ粒子１４１の仕事関数の値は、基板１１の仕事関数の値と、第２電極２２の仕事関数の値との間にあればよい。したがって、ナノ粒子１４１の材料には、金及び銀以外の導電性材料を選ぶことも可能である。
【0045】
ナノ粒子１４１の粒子径は、例えば、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。また、ナノ粒子１４１は、例えば、平均粒径（例えばＤ５０）３ｎｍ以上８ｎｍ以下の粒子径を有してもよい。平均粒径は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布計測器（例えばMicrotracBEL製Nanotrac WaveII-EX150等）を用いればよい。
【0046】
ナノ粒子１４１は、その表面に、例えば絶縁膜１４１ａを有する。絶縁膜１４１ａの材料の例としては、絶縁性金属化合物及び絶縁性有機化合物の少なくとも１つを選ぶことができる。絶縁性金属化合物の例としては、例えば、シリコン酸化物及びアルミナ等を挙げることができる。絶縁性有機化合物の例としては、アルカンチオール（例えばドデカンチオール）等を挙げることができる。絶縁膜１４１ａの厚さは、例えば２０ｎｍ以下の有限値である。このような絶縁膜１４１ａをナノ粒子１４１の表面に設けておくと、電子ｅは、例えば、基板１１とナノ粒子１４１との間、並びにナノ粒子１４１と第２電極２２との間を、トンネル効果を利用して移動できる。このため、例えば、発電素子１００の発電効率の向上が期待できる。
【0047】
溶媒１４２には、例えば、沸点が６０℃以上の液体を用いることができる。このため、室温（例えば１５℃～３５℃）以上の環境下において、発電素子１００を用いた場合であっても、溶媒１４２の気化を抑制することができる。これにより、溶媒１４２の気化に伴う発電素子１００の劣化を抑制することができる。液体の例としては、有機溶媒及び水の少なくとも１つを選ぶことができる。有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、テトラデカン、及びアルカンチオール等を挙げることができる。なお、溶媒１４２は、電気的抵抗値が高く、絶縁性である液体がよい。
【0048】
なお、中間部１４は、溶媒１４２を含まず、ナノ粒子１４１のみを含むようにしてもよい。中間部１４が、ナノ粒子１４１のみを含むことで、例えば、発電素子１００を、高温環境下で用いる場合であっても、溶媒１４２の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温環境下における発電素子１００の劣化を抑制することが可能となる。
【0049】
＜支持部＞
支持部３０は、第１電極部１０において、例えば基板１１と一体に設けられる。支持部３０は、中間部１４を囲み、他の積層体１を支持する。支持部３０の比抵抗値は、中間部１４の比抵抗値よりも大きい。
支持部３０は、第１電極部１０において、例えば基板１１と一体に設けられる。支持部３０は、中間部１４を囲み、他の積層体１を支持する。支持部３０の比抵抗値は、中間部１４の比抵抗値よりも大きい。
【0050】
＜発電素子１００の動作＞
熱エネルギーが発電素子１００に与えられると、基板１１と第２電極２２との間に電流が発生し、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。基板１１と第２電極２２との間に発生する電流量は、熱エネルギーに依存する他、第２電極２２の仕事関数と、基板１１の仕事関数との差に依存する。
熱エネルギーが発電素子１００に与えられると、基板１１と第２電極２２との間に電流が発生し、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。基板１１と第２電極２２との間に発生する電流量は、熱エネルギーに依存する他、第２電極２２の仕事関数と、基板１１の仕事関数との差に依存する。
【0051】
発生する電流量は、例えば、基板１１と第２電極２２との仕事関数差を大きくすること、及び電極間ギャップを小さくすることで増やすことができる。例えば、発電素子１００が発生させる電気エネルギーの量は、上記仕事関数差を大きくすること、及び上記電極間ギャップを小さくすること、の少なくとも何れか１つを考慮することで増加させることができる。
【0052】
＜＜発電素子１００の製造方法＞＞
次に、発電素子１００の製造方法の一例を、説明する。図３は、第１実施形態に係る発電素子１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４（ａ）～図４（ｉ）は、第１実施形態に係る発電素子１００の製造方法の一例を示す模式断面図である。
次に、発電素子１００の製造方法の一例を、説明する。図３は、第１実施形態に係る発電素子１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４（ａ）～図４（ｉ）は、第１実施形態に係る発電素子１００の製造方法の一例を示す模式断面図である。
【0053】
＜酸化膜形成工程：Ｓ１１０＞
先ず、図４（ａ）に示すような、導電性を有する基板１１の一方側の面（例えば第２主面１１ｂ）上に、図４（ｂ）に示すような酸化膜１２（支持部３０）を形成する（酸化膜形成工程：Ｓ１１０）。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、基板１１本体を高温でアニール処理して基板１１に酸化膜１２を形成する。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、例えば、スパッタリング法又は蒸着法を用いて、酸化膜１２を塗布するほか、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、及びスプレイ印刷法等を用いて形成してもよい。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、酸化膜としてシリコン酸化膜が用いられるほか、ポリイミド、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、又はポリスチレン等のポリマーが用いられてもよい。
先ず、図４（ａ）に示すような、導電性を有する基板１１の一方側の面（例えば第２主面１１ｂ）上に、図４（ｂ）に示すような酸化膜１２（支持部３０）を形成する（酸化膜形成工程：Ｓ１１０）。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、基板１１本体を高温でアニール処理して基板１１に酸化膜１２を形成する。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、例えば、スパッタリング法又は蒸着法を用いて、酸化膜１２を塗布するほか、例えば、スクリーン印刷法、インクジェット法、及びスプレイ印刷法等を用いて形成してもよい。酸化膜形成工程Ｓ１１０では、酸化膜としてシリコン酸化膜が用いられるほか、ポリイミド、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、又はポリスチレン等のポリマーが用いられてもよい。
【0054】
＜レジスト形成工程：Ｓ１２０＞
次に、図４（ｃ）に示すように、酸化膜１２の上にレジスト（フォトレジスト）１３を形成する（レジスト形成工程：Ｓ１２０）。レジスト１３の形成では、先ずスピンコート法により酸化膜１２の上にレジスト１３を塗布する。次に、塗布されたレジスト１３に対し、所定のフォトマスクを用いて露光する。露光後、レジスト１３の現像を行う。
次に、図４（ｃ）に示すように、酸化膜１２の上にレジスト（フォトレジスト）１３を形成する（レジスト形成工程：Ｓ１２０）。レジスト１３の形成では、先ずスピンコート法により酸化膜１２の上にレジスト１３を塗布する。次に、塗布されたレジスト１３に対し、所定のフォトマスクを用いて露光する。露光後、レジスト１３の現像を行う。
【0055】
フォトレジストの現像では、露光されたレジスト１３が除去される。現像後に残ったレジスト１３は、図４（ｃ）に示すように、酸化膜１２上に間隔を空けて配置される。酸化膜１２上のレジスト１３の位置は、支持部３０が形成される位置に相当する。なお、フォトレジストの塗布、露光、現像の各処理は、公知の技術を用いて行うこととしてもよい。
【0056】
＜エッチング工程：Ｓ１３０＞
次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト１３で覆われていない部分の酸化膜１２を除去するためにエッチングする（エッチング工程：Ｓ１３０）。エッチングによりレジスト１３で覆われていない部分が除去されるよう、酸化膜１２をパターン加工する。パターン加工の結果、レジスト１３で覆われている部分の酸化膜１２は除去されず、支持部３０として形成される。なお、支持部３０は、基板１１の一部が酸化することにより形成されてもよい。
次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト１３で覆われていない部分の酸化膜１２を除去するためにエッチングする（エッチング工程：Ｓ１３０）。エッチングによりレジスト１３で覆われていない部分が除去されるよう、酸化膜１２をパターン加工する。パターン加工の結果、レジスト１３で覆われている部分の酸化膜１２は除去されず、支持部３０として形成される。なお、支持部３０は、基板１１の一部が酸化することにより形成されてもよい。
【0057】
＜レジスト除去工程：Ｓ１４０＞
次に、図４（ｅ）に示すように、レジスト１３を除去する（レジスト除去工程：Ｓ１４０）。具体的には、支持部３０の形成が完了したため、支持部３０を形成するために用いたレジスト１３を除去する。
次に、図４（ｅ）に示すように、レジスト１３を除去する（レジスト除去工程：Ｓ１４０）。具体的には、支持部３０の形成が完了したため、支持部３０を形成するために用いたレジスト１３を除去する。
【0058】
＜電極配置工程：Ｓ１５０＞
次に、図４（ｆ）に示すように、基板１１上に第２電極２２を配置する（電極配置工程：Ｓ１５０）。具体的には、基板１１のうち、支持部３０が配置されていない第１主面１１ａ上に第２電極２２を配置する。
次に、図４（ｆ）に示すように、基板１１上に第２電極２２を配置する（電極配置工程：Ｓ１５０）。具体的には、基板１１のうち、支持部３０が配置されていない第１主面１１ａ上に第２電極２２を配置する。
【0059】
＜切断工程：Ｓ１６０＞
次に、図４（ｇ）に示すように、基板１１を第２電極２２とともに切断する（切断工程：Ｓ１６０）。具体的には、基板１１の幅方向中央部分に沿ってダイシングにより基板１１及び第２電極２２を切断する。ダイシングによる切断の結果同じ厚みを有する複数の第１電極部１０が形成される。基板１１をダイシングする位置は任意である。なお、酸化膜形成工程Ｓ１１０～切断工程Ｓ１６０の工程を複数回実施してもよい。
次に、図４（ｇ）に示すように、基板１１を第２電極２２とともに切断する（切断工程：Ｓ１６０）。具体的には、基板１１の幅方向中央部分に沿ってダイシングにより基板１１及び第２電極２２を切断する。ダイシングによる切断の結果同じ厚みを有する複数の第１電極部１０が形成される。基板１１をダイシングする位置は任意である。なお、酸化膜形成工程Ｓ１１０～切断工程Ｓ１６０の工程を複数回実施してもよい。
【0060】
＜積層工程：Ｓ１７０＞
次に、図４（ｈ）に示すように、第２電極２２と第１電極部１０の第２主面１１ｂとを向い合わせた状態で積層する（積層工程：Ｓ１７０）。具体的には、第１の方向Ｚに沿って下側の第２電極２２と上側の第１電極部１０の支持部３０が接するように配置する。第２電極２２上への第１電極部１０の配置に際しては、第２電極２２と支持部３０の材料が同じであることが望ましい。例えば、第２電極２２の材料を支持部３０の先端に予め形成すればよく、あるいは支持部３０の材料を第２電極２２に予め形成すればよい。
次に、図４（ｈ）に示すように、第２電極２２と第１電極部１０の第２主面１１ｂとを向い合わせた状態で積層する（積層工程：Ｓ１７０）。具体的には、第１の方向Ｚに沿って下側の第２電極２２と上側の第１電極部１０の支持部３０が接するように配置する。第２電極２２上への第１電極部１０の配置に際しては、第２電極２２と支持部３０の材料が同じであることが望ましい。例えば、第２電極２２の材料を支持部３０の先端に予め形成すればよく、あるいは支持部３０の材料を第２電極２２に予め形成すればよい。
【0061】
＜中間部形成工程：Ｓ１８０＞
次に、図４（ｉ）に示すように、第２電極２２と第１電極部１０の第２主面１１ｂと間に、ナノ粒子を含む中間部１４を形成する（中間部形成工程：Ｓ１８０）。具体的には、下側の第１電極部１０の第２電極２２と上側の第１電極部１０の基板１１及び支持部３０により形成されたスペースに中間部１４を形成する。中間部１４の形成に際しては、例えば、複数のナノ粒子１４１を含む溶媒１４２を毛細管現象等により注入することにより行う。
次に、図４（ｉ）に示すように、第２電極２２と第１電極部１０の第２主面１１ｂと間に、ナノ粒子を含む中間部１４を形成する（中間部形成工程：Ｓ１８０）。具体的には、下側の第１電極部１０の第２電極２２と上側の第１電極部１０の基板１１及び支持部３０により形成されたスペースに中間部１４を形成する。中間部１４の形成に際しては、例えば、複数のナノ粒子１４１を含む溶媒１４２を毛細管現象等により注入することにより行う。
【0062】
以上、各工程Ｓ１１０～Ｓ１８０の処理を行うことにより、複数の積層体１が積層された発電素子１００が形成される。なお、上述した各工程Ｓ１１０～Ｓ１８０の処理を複数回実施してもよい。
【0063】
なお、第１電極部形成工程は、例えば本実施形態における酸化膜形成工程（Ｓ１１０）～レジスト除去工程（Ｓ１４０）に相当し、第２電極形成工程は、例えば本実施形態における電極配置工程（Ｓ１５０）に相当し、積層工程は、例えば本実施形態における積層工程（Ｓ１７０）に相当し、中間部形成工程は、例えば本実施形態における中間部形成工程（Ｓ１８０）に相当する。
【0064】
本実施形態によれば、第２電極２２と第１電極部１０と中間部１４とがこの順に積層された積層体１が２以上積層された発電素子１００が形成される。このため、積層時に各層間の配線が不要となる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。また、配線が不要となることに伴い、発電素子１００の構造上の簡素化を図ることができる。
【0065】
また、本実施形態によれば、基板１１の比抵抗値が１×１０－６Ω・ｃｍ以上１×１０６Ω・ｃｍ以下である。このため、発生した電流に対する抵抗を抑制することができる。これにより、発電素子の発電効率の向上を図ることができる。
【0066】
また、本実施形態によれば、基板１１の比抵抗値が中間部１４の比抵抗値より小さい。このため、積層に伴う基板起因の抵抗増大を抑制できる。これにより、発電効率の更なる向上を図ることができる。
【0067】
また、本実施形態によれば、基板１１の比抵抗値が支持部３０の比抵抗値より小さい。このため、支持部への導通を防ぐことができる。これにより、発電効率の更なる向上を図ることができる。
【0068】
また、本実施形態によれば、中間部１４の比抵抗値が支持部３０の比抵抗値より小さい。このため、支持部への導通を防ぐことができる。これにより、発電効率の更なる向上を図ることができる。
【0069】
また、本実施形態によれば、基板１１の厚みが０．０３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。このため、基板のサイズを小さくすることができる。これにより、発電素子１００全体の寸法を小さくすることができる。
【0070】
また、本実施形態によれば、基板１１の厚みが積層体の短手方向における外形寸法の１／１０以下である。このため、基板１１を複数重ねても発電素子１００全体の厚みを抑制することができる。これにより、発電素子１００の転倒を防止することができ、転倒に伴う発電素子１００の劣化を防止することができる。
【0071】
なお、支持部３０は、基板１１の一部を酸化させて形成してもよい。このため、基板１１の一部が支持部３０として機能する。これにより、支持部３０を容易に形成することができる。
【0072】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態における発電素子１００、発電装置２００について説明する。上述した第１実施形態と、第２実施形態との違いは、第１電極部１０が基板１１と支持部３０以外に第１電極２１を有している点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第１実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
次に、第２実施形態における発電素子１００、発電装置２００について説明する。上述した第１実施形態と、第２実施形態との違いは、第１電極部１０が基板１１と支持部３０以外に第１電極２１を有している点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第１実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0073】
図５は、第２実施形態に係る発電素子１００、発電装置２００の一例を示す模式図である。各積層体５１は、第１電極部１０と、第２電極２２と、中間部１４とを有して構成されている。第１電極部１０は、基板１１と、第１電極２１とを有する。第１電極２１は第２主面１１ｂに接して設けられ、一対の支持部３０に挟まれた状態で基板１１と中間部１４の間に配置される。第１電極２１の仕事関数は第２電極２２の仕事関数より大きくてもよく、第２電極２２の仕事関数が第１電極２１の仕事関数より大きくてもよい。
【0074】
なお、第１電極２１は、一対の支持部３０に挟まれた状態ではなく、第１の方向Ｚにおいて支持部３０と基板１１に挟まれた状態で配置されてもよい。即ち、積層体５１は第２電極２２、基板１１、第１電極２１、支持部３０がこの順に積層されてもよい。また、第１電極２１は、第２電極２２と同じ材料で形成されてもよく、あるいは異なる材料で形成されてもよい。
【0075】
本実施形態によれば、第１電極部１０は、基板１１と中間部１４との間に設けられ、第２主面１１ｂに接する第１電極２１を含む。このため、第１電極の厚さを制御することで、電極間ギャップの大きさを高精度に設定することができる。これにより、発電効率の安定化を図ることが可能となる。
【0076】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態における発電素子１００、発電装置２００について説明する。上述した第１実施形態と、第３実施形態との違いは、基板１１が半導体であり、基板１１が縮退部６２と、非縮退部６３とを有する点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第１実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
次に、第３実施形態における発電素子１００、発電装置２００について説明する。上述した第１実施形態と、第３実施形態との違いは、基板１１が半導体であり、基板１１が縮退部６２と、非縮退部６３とを有する点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第１実施形態と異なっている点を主に説明し、共通する部分については同一符号を付して説明を省略する。
【0077】
図６は、第３実施形態に係る発電素子１００、発電装置２００の一例を示す模式図である。各積層体６１は、第２電極２２と、第１電極部１０と、中間部１４とを有して構成されている。基板１１は、表面の一部が縮退した縮退部６２と、縮退していない非縮退部６３を有する。具体的には、縮退部６２は、基板１１上側の第１主面１１ａ及び下側の第２主面１１ｂの少なくともいずれかに設けられ、非縮退部６３は一対の縮退部６２間に設けられている。第２電極２２及び中間部１４は、縮退部６２と接した状態で配置される。基板１１は、半導体であり、例えば、シリコンに不純物としてリンなどの５価元素を添加したｎ型シリコン、ｎ－ＺｎＯ，ｎ－ＩｎＧａＺｎＯ，ｎ－ＭｇＺｎＯ，ｎ－ＩｎＺｎＯのいずれかにより形成されていてもよいが、これらの以外のｎ型半導体であってもよい。
【0078】
縮退部６２は、例えばｎ型のドーパントを高濃度に半導体にイオン注入することや、ｎ型のドーパントを含むガラスなどの材料を半導体にコーティングし、コーティング後に熱処理を行うことによって生成される。
【0079】
基板１１に縮退部６２が形成されることにより、縮退部６２が形成されていない場合と比較して抵抗が低減する。このため、基板１１と第２電極２２との間に効率よく電流を発生させることができる。これにより、発電素子１００の抵抗を低減させることができる。
【0080】
なお、縮退部６２は、第１主面１１ａあるいは第２主面１１ｂのいずれか一方側にのみ設けられてもよい。但し、縮退部６２が第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂの両方に設けられることにより、一方側にのみ設けられる場合と比較して、より効率よく電流を発生させることができる。また、基板１１にドープされる不純物は、ｎ型であればＰ、Ａｓ、Ｓｂ等、Ｐ型であればＢ、Ｂａ、Ａｌ等であるが、これに限定されない。また、縮退部６２の不純物の濃度は、例えば、１×１０１９イオン／ｃｍ３であれば、電子ｅを効率よく放出させることができる。但し、フェルミ準位が伝導帯端エネルギーよりも十分大きく、いわゆる、縮退状態が実現できるのであれば、この範囲に限定されるものではない。
【0081】
本実施形態によれば、基板１１は、半導体であり、不純物がドープされた縮退部６２と、不純物がドープされていない非縮退部６３とを有する。このため、より効率よく電流が発生する。これにより、発電素子１００の発電効率が向上する。
【0082】
（第３実施形態：電子機器５００）
＜電子機器５００＞
上述した発電素子１００及び発電装置２００は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。
＜電子機器５００＞
上述した発電素子１００及び発電装置２００は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。
【0083】
図７（ａ）～図７（ｄ）は、発電素子１００を備えた電子機器５００の例を示す模式ブロック図である。図７（ｅ）～図７（ｈ）は、発電素子１００を含む発電装置２００を備えた電子機器５００の例を示す模式ブロック図である。
【0084】
図７（ａ）に示すように、電子機器５００（エレクトリックプロダクト）は、電子部品５０１（エレクトロニックコンポーネント）と、主電源５０２と、補助電源５０３と、を備えている。電子機器５００及び電子部品５０１のそれぞれは、電気的な機器(エレクトリカルデバイス)である。
【0085】
電子部品５０１は、主電源５０２を電源に用いて駆動される。電子部品５０１の例としては、例えば、ＣＰＵ、モーター、センサ端末、及び照明等を挙げることができる。電子部品５０１が、例えばＣＰＵである場合、電子機器５００には、内蔵されたマスター（ＣＰＵ）によって制御可能な電子機器が含まれる。電子部品５０１が、例えば、モーター、センサ端末、及び照明等の少なくとも１つを含む場合、電子機器５００には、外部にあるマスター、あるいは人によって制御可能な電子機器が含まれる。
【0086】
主電源５０２は、例えば電池である。電池には、充電可能な電池も含まれる。主電源５０２のプラス端子（＋）は、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）と電気的に接続される。主電源５０２のマイナス端子（－）は、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）と電気的に接続される。
【0087】
補助電源５０３は、発電素子１００である。発電素子１００は、上述した発電素子１００の少なくとも１つを含む。発電素子１００のアノード（例えば第１電極部１０）は、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）、又は主電源５０２のマイナス端子（－）、又はＧＮＤ端子（ＧＮＤ）とマイナス端子（－）とを接続する配線と、電気的に接続される。発電素子１００のカソード（例えば第２電極部１３ｂ）は、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）、又は主電源５０２のプラス端子（＋）、又はＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）とプラス端子（＋）とを接続する配線と、電気的に接続される。電子機器５００において、補助電源５０３は、例えば主電源５０２と併用され、主電源５０２をアシストするための電源や、主電源５０２の容量が切れた場合、主電源５０２をバックアップするための電源として使うことができる。主電源５０２が充電可能な電池である場合には、補助電源５０３は、さらに、電池を充電するための電源としても使うことができる。
【0088】
図７（ｂ）に示すように、主電源５０２は、発電素子１００とされてもよい。発電素子１００のアノードは、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）と電気的に接続される。発電素子１００のカソードは、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）と電気的に接続される。図７（ｂ）に示す電子機器５００は、主電源５０２として使用される発電素子１００と、発電素子１００を用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を備えている。発電素子１００は、独立した電源（例えばオフグリッド電源）である。このため、電子機器５００は、例えば自立型（スタンドアローン型）にできる。しかも、発電素子１００は、環境発電型（エナジーハーベスト型）である。図７（ｂ）に示す電子機器５００は、電池の交換が不要である。
【0089】
図７（ｃ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１００を備えていてもよい。発電素子１００のアノードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＧＮＤ配線と電気的に接続される。発電素子１００のカソードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＶｃｃ配線と電気的に接続される。この場合、発電素子１００は、電子部品５０１の、例えば補助電源５０３として使うことができる。
【0090】
図７（ｄ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１００を備えている場合、発電素子１００は、電子部品５０１の、例えば主電源５０２として使うことができる。
【0091】
【0092】
図７（ｄ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源５０２として使用される発電素子１００を備えている。同様に、図７（ｈ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源として使用される発電装置２００を備えている。これらの実施形態では、電子部品５０１が、独立した電源を持つ。このため、電子部品５０１を、例えば自立型とすることができる。自立型の電子部品５０１は、例えば、複数の電子部品を含み、かつ、少なくとも１つの電子部品が別の電子部品と離れているような電子機器に有効に用いることができる。そのような電子機器５００の例は、センサである。センサは、センサ端末（スレーブ）と、センサ端末から離れたコントローラ（マスター）と、を備えている。センサ端末及びコントローラのそれぞれは、電子部品５０１である。センサ端末が、発電素子１００又は発電装置２００を備えていれば、自立型のセンサ端末となり、有線での電力供給の必要がない。発電素子１００又は発電装置２００は環境発電型であるので、電池の交換も不要である。センサ端末は、電子機器５００の１つと見なすこともできる。電子機器５００と見なされるセンサ端末には、センサのセンサ端末に加えて、例えば、ＩｏＴワイヤレスタグ等が、さらに含まれる。
【0093】
図７（ａ）～図７（ｈ）のそれぞれに示した実施形態において共通することは、電子機器５００は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子１００と、発電素子１００を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を含むことである。
【0094】
電子機器５００は、独立した電源を備えた自律型（オートノマス型）であってもよい。自律型の電子機器の例は、例えばロボット等を挙げることができる。さらに、発電素子１００又は発電装置２００を備えた電子部品５０１は、独立した電源を備えた自律型であってもよい。自律型の電子部品の例は、例えば可動センサ端末等を挙げることができる。
【0095】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0096】
１ ：積層体
１０ ：第１電極部
１１ ：基板
１１ａ ：第１主面
１１ｂ ：第２主面
１２ ：酸化膜
１３ ：レジスト
１４ ：中間部
１４０ ：ギャップ部
１４１ ：ナノ粒子
１４２ ：溶媒
２１ ：第１電極
２２ ：第２電極
３０ ：支持部
３１ ：第１封止部
３２ ：第２封止部
５１ ：積層体
６１ ：積層体
６２ ：縮退部
６３ ：非縮退部
１００ ：発電素子
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
２００ ：発電装置
５００ ：電子機器
Ｒ ：負荷
Ｓ１１０ ：酸化膜形成工程
Ｓ１２０ ：レジスト形成工程
Ｓ１３０ ：エッチング工程
Ｓ１４０ ：レジスト除去工程
Ｓ１５０ ：電極配置工程
Ｓ１６０ ：切断工程
Ｓ１７０ ：積層工程
Ｓ１８０ ：中間部形成工程
Ｚ ：第１の方向
Ｘ ：第２の方向
Ｙ ：第３の方向
１０ ：第１電極部
１１ ：基板
１１ａ ：第１主面
１１ｂ ：第２主面
１２ ：酸化膜
１３ ：レジスト
１４ ：中間部
１４０ ：ギャップ部
１４１ ：ナノ粒子
１４２ ：溶媒
２１ ：第１電極
２２ ：第２電極
３０ ：支持部
３１ ：第１封止部
３２ ：第２封止部
５１ ：積層体
６１ ：積層体
６２ ：縮退部
６３ ：非縮退部
１００ ：発電素子
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
２００ ：発電装置
５００ ：電子機器
Ｒ ：負荷
Ｓ１１０ ：酸化膜形成工程
Ｓ１２０ ：レジスト形成工程
Ｓ１３０ ：エッチング工程
Ｓ１４０ ：レジスト除去工程
Ｓ１５０ ：電極配置工程
Ｓ１６０ ：切断工程
Ｓ１７０ ：積層工程
Ｓ１８０ ：中間部形成工程
Ｚ ：第１の方向
Ｘ ：第２の方向
Ｙ ：第３の方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】