特開 2022-52523 発電素子、発電装置、電子機器、及び発電素子の製造方法

(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】P2022052523

(43)【公開日】2022-04-04

(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 20060101AFI20220328BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20220328BHJP

【ＦＩ】

H01L37/00

H02N11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020158960

(22)【出願日】2020-09-23

(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】藤井 充

(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積層部１０ａと、第１積層部１０ａ上に設けられた第１低熱伝導部２１と、第１低熱伝導部２１上に設けられた第２積層部１０ｂとを有する積層体２を備え、第１積層部１０ａ及び第２積層部１０ｂは、第１主面１１ａｆを有する第１基板１１ａと、第１基板１１ａと第１方向に離間して設けられ、第１主面１１ａｆと対向する第２主面１１ｂｆを有する第２基板１１ｂと、第１主面１１ａｆ上に設けられ、第２基板１１ｂと離間する第１電極部１２ａと、第２主面１１ｂｆ上に設けられ、第１基板１１ａ及び第１電極部１２ａと離間し、第１電極部１２ａとは異なる仕事関数を有する第２電極部１２ｂと、第１電極部１２ａと、第２電極部１２ｂとの間に設けられナノ粒子１４１を含む中間部１４とを含む。
【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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、
前記第１積層部及び前記第２積層部は、
第１主面を有する第１基板と、
前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、
前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、
前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を含むこと
を特徴とする発電素子。

【請求項2】

前記第１低熱伝導部の熱伝導率は、前記第１基板及び前記第２基板の熱伝導率よりも低いこと
を特徴とする請求項１記載の発電素子。

【請求項3】

前記第１低熱伝導部は、ガラス、フリットガラス、樹脂及び空気の少なくとも何れかで構成されていること
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低熱伝導部の熱伝導率は、前記第１電極部及び前記第２電極部の熱伝導率よりも低いこと
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】

前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１基板及び前記第２基板の厚みよりも厚いこと
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。

【請求項6】

前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１基板及び前記第２基板の厚みよりも薄いこと
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。

【請求項7】

前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１電極部及び前記第２電極部の厚みよりも厚いこと
を特徴とする請求項１～６のうち何れか１項記載の発電素子。

【請求項8】

前記積層体の少なくとも一部の側面は、第２低熱伝導部に接していること
を特徴とする請求項１～７のうち何れか１項記載の発電素子。

【請求項9】

前記第１積層部又は前記第２積層部の少なくともいずれかの外周は、第３低熱伝導部に覆われていること
を特徴とする請求項１～８のうち何れか１項記載の発電素子。

【請求項10】

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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、
前記第１積層部及び前記第２積層部は、
第１主面を有する第１基板と、
前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、
前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、
前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を含むこと
を特徴とする発電装置。

【請求項11】

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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、
前記第１積層部及び前記第２積層部は、
第１主面を有する第１基板と、
前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、
前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、
前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、
前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を含むこと
を特徴とする電子機器。

【請求項12】

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積層部及び第２積層部を形成する第１工程と、前記第１積層部の上に第１低熱伝導部を介して前記第２積層部を積層して積層体を形成する第２工程と、を備え、
前記第１工程は、
第１基板の第１主面上に第１電極部を形成し、第２基板の第２主面上に第２電極部を形成する電極部形成工程と、
前記第１電極部と、前記第２電極部との間にナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、
を有する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、２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発電素子であって、第１主面を有する第１基板、及び第１主面上に設けられた第１電極部を有する第１筐体部と、第１主面と第１方向に対向する第２主面を有する第２基板、及び第２主面上に設けられ、第１電極部と離間し、第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部を有する第２筐体部と、第１電極部と、第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を備え、第１主面は、第１電極部と接し、第２筐体部と離間する第１離間面と、第１離間面と連続して設けられ、第１電極部と離間し、第２筐体部と接する第１接合面と、を有し、第２主面は、第２電極部と接し、第１筐体部と離間する第２離間面と、第２離間面と連続して設けられ、第２電極部と離間し、第１筐体部と接する第２接合面と、を有し、第１方向から見て、中間部は、第１接合面及び第２接合面によって囲まれ、第１接合面は、第２接合面と接する第１基板接合面と、第２電極部と接する第１電極接合面と、を有し、第２接合面は、第１基板接合面と接する第２基板接合面と、第１電極部と接する第２電極接合面と、を有する発電素子が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、ゼーベック発電素子の熱伝導を抑制するため、素子の電気及び熱の伝導路を線状にする、又は素子の電気及び熱の伝導路にくびれを設けることで、熱伝導路を狭くすること、及び素子の周りを断熱材で覆うことを第一の特徴とし、発電総量を増加するため、ゼーベック発電素子を複数積層し、多層化による直列配置したゼーベック発電素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許６５９８３３９号公報

【特許文献2】特開２０１８－１８２２７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、熱電子の放出量を決める因子として、電極の温度がある。この温度をより高く維持するには、電極が形成されている基板の温度も高く維持することが望ましい。しかしながら、熱電素子を積層する場合、積層された各基板からの熱放出を抑えることができず、十分に出力電圧の向上が図れないという問題点があった。

【0007】

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】

【0008】

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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、前記第１積層部及び前記第２積層部は、第１主面を有する第１基板と、前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を含むことを特徴とする。

【0009】

第２発明に係る発電素子は、第１発明において、前記第１低熱伝導部の熱伝導率は、前記第１基板及び前記第２基板の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

【0010】

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、前記第１低熱伝導部は、ガラス、フリットガラス、樹脂及び空気の少なくとも何れかで構成されていることを特徴とする。

【0011】

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低熱伝導部の熱伝導率は、前記第１電極部及び前記第２電極部の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。

【0012】

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、前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１基板及び前記第２基板の厚みよりも厚いことを特徴とする。

【0013】

第６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、前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１基板及び前記第２基板の厚みよりも薄いことを特徴とする。

【0014】

第７発明に係る発電素子は、第１発明～第６発明の何れかにおいて、前記第１低熱伝導部の厚みは、前記第１電極部及び前記第２電極部の厚みよりも厚いことを特徴とする。

【0015】

第８発明に係る発電素子は、第１発明～第７発明の何れかにおいて、前記積層体の少なくとも一部の側面は、第２低熱伝導部に接していることを特徴とする。

【0016】

第９発明に係る発電素子は、第１発明～第８発明の何れかにおいて、前記第１積層部又は前記第２積層部の少なくともいずれかの外周は、第３低熱伝導部に覆われていることを特徴とする。

【0017】

第１０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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、前記第１積層部及び前記第２積層部は、第１主面を有する第１基板と、前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を含むことを特徴とする。

【0018】

第１１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積層部と、前記第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、前記第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部と、を有する積層体を備え、前記第１積層部及び前記第２積層部は、第１主面を有する第１基板と、前記第１基板と第１方向に離間して設けられ、前記第１主面と対向する第２主面を有する第２基板と、前記第１主面上に設けられ、前記第２基板と離間する第１電極部と、前記第２主面上に設けられ、前記第１基板及び前記第１電極部と離間し、前記第１電極部とは異なる仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を含むことを特徴とする。

【0019】

第１２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積層部及び第２積層部を形成する第１工程と、前記第１積層部の上に第１低熱伝導部を介して第２積層部を積層して積層体を形成する第２工程と、を備え、前記第１工程は、第１基板の第１主面上に第１電極部を形成し、第２基板の第２主面上に第２電極部を形成する電極部形成工程と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間にナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

第１発明～第８発明によれば、積層体は、第１積層部と、第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部とを有する。このため、第１積層部及び第２積層部に含まれる基板のうち、第１低熱伝導部と接している面からの熱放出を抑えることができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。

【0021】

特に第２発明によれば、第１低熱伝導部の熱伝導率は、第１基板及び第２基板の熱伝導率よりも低い。このため、第１基板及び第２基板上に形成された電極部からの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部又は第２電極部から第１基板及び第２基板への熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部又は第２電極部の温度が高く維持されることで第１電極部又は第２電極部からの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子による出力電圧の向上を図ることができる。

【0022】

特に第３発明によれば、第１低熱伝導部は、ガラス、フリットガラス、樹脂及び空気の少なくとも何れかで構成されている。このため、第１基板及び第２基板からの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部又は第２電極部から第１基板及び第２基板への熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部又は第２電極部の温度が高く維持されることで第１電極部又は第２電極部からの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子による出力電圧の向上を図ることができる。

【0023】

特に第４発明によれば、第１低熱伝導部の熱伝導率は、第１電極部及び第２電極部の熱伝導率よりも低い。このため、第１基板あるいは第２基板から外部に熱が放出される際、第１電極部あるいは第２電極部側に熱が放出され易くなる。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。

【0024】

特に第５発明によれば、第１低熱伝導部の厚みは、第１基板及び第２基板の厚みよりも厚い。このため、第１基板及び第２基板の熱が外部に放出されにくい。これにより、第１基板及び第２基板の温度を維持することができる。

【0025】

特に第６発明によれば、第１低熱伝導部の厚みは、第１基板及び第２基板の厚みよりも薄い。このため、発電素子の厚みの増加が抑制される。これにより、第１積層部又は第２積層部の積層数を増加させて出力電圧の向上を図ることができる。

【0026】

特に第７発明によれば、第１低熱伝導部の厚みは、第１電極部及び第２電極部の厚みよりも厚い。このため、第１電極部及び第２電極部の熱が外部に放出されにくい。これにより、第１電極部及び第２電極部の温度を維持することができる。

【0027】

特に第８発明によれば積層体の少なくとも一部の側面は、第２低熱伝導部に接している。このため、第１基板及び第２基板からの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部又は第２電極部から第１基板及び第２基板への熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部又は第２電極部からの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子による出力電圧の更なる向上を図ることができる。

【0028】

特に第９発明によれば、第１積層部又は第２積層部の少なくともいずれかの外周は、第３低熱伝導部に覆われている。このため、第１基板及び第２基板からの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部又は第２電極部から第１基板及び第２基板への熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部又は第２電極部からの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子による出力電圧の更なる向上を図ることができる。

【0029】

第１０発明によれば、積層体は、第１積層部と、第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部とを有する。このため、第１積層部及び第２積層部に含まれる基板のうち、第１低熱伝導部と接している面からの熱放出を抑えることができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。

【0030】

第１１発明によれば、積層体は、第１積層部と、第１積層部の上に設けられた第１低熱伝導部と、第１低熱伝導部の上に設けられた第２積層部とを有する。このため、第１積層部及び第２積層部に含まれる基板のうち、第１低熱伝導部と接している面からの熱放出を抑えることができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。

【0031】

特に第１２発明によれば、発電素子は、第１発明から第８発明の発電素子の製造方法により製造される。このため、第１積層部及び第２積層部に含まれる基板のうち、第１低熱伝導部と接している面からの熱放出を抑えることができる。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】

【0032】

【図1】図１（ａ）は、第１実施形態における発電素子及び発電装置の一例を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿った模式断面図である。

【図2】図２は、中間部の一例を示す模式断面図である。

【図3】図３は、第１実施形態における発電素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４（ａ）～（ｂ）は、第１実施形態における発電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。

【図5】図５（ａ）は、第２実施形態における発電素子の一例を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は、第３実施形態における発電素子の一例を示す模式断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）におけるＢ－Ｂ線に沿った模式断面図である。

【図6】図６（ａ）～図６（ｄ）は、発電素子を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図であり、図６（ｅ）～図６（ｈ）は、発電素子を含む発電装置を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の実施形態としての発電素子、発電装置、電子機器、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、各積層部が積層される高さ方向を第１方向Ｚとし、第１方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第２方向Ｘとし、第１方向Ｚ及び第２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。

【0034】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における発電素子１、発電装置１００の一例を示す模式図である。図１に示すように、発電素子１は、第１方向Ｚに積層された複数の積層部１０を有する積層体２を備える。発電素子１を構成する積層部１０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。

【0035】

＜発電装置１００＞
図１（ａ）に示すように、発電装置１００は、発電素子１と、第１配線１０１と、第２配線１０２とを備える。発電素子１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１を備えた発電装置１００は、例えば、図示しない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１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１００を主電源又は補助電源に用いて駆動される。

【0036】

各積層部１０同士は、第１端子１１１と第２端子１１２との間において直接電気的に接続されている。なお、少なくとも一部の積層部１０同士は、図示しない外部の端子電極あるいは外部配線を介して、電気的に接続されてもよい。

【0037】

発電素子１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１を備えた発電装置１００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１００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。

【0038】

＜発電素子１＞
発電素子１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１は、発電装置１００内に設けるだけでなく、発電素子１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１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。

【0039】

発電素子１は、複数の積層部１０を有する積層体２を備える。各積層部１０は、基板１１と、第１電極部１２ａと、第２電極部１２ｂと、中間部１４とを含む。なお、各積層部１０は、支持部１３を含んでもよい。積層部１０間には、第１低熱伝導部２１が配置される。

【0040】

＜基板１１＞
基板１１は、第１基板１１ａと、第２基板１１ｂとを有する。第１基板１１ａは、第１方向Ｚと交わる第１主面１１ａｆ及び第１積層面１１ａｓを有する。第１主面１１ａｆは、第１基板１１ａにおいて、第２基板１１ｂ側に位置する。第２基板１１ｂは、第１方向Ｚと交わる第２主面１１ｂｆ及び第２積層面１１ｂｓを有する。第２主面１１ｂｆは、第２基板１１ｂにおいて、第１基板１１ａ側に位置する。なお、以下の説明では、第１方向Ｚにおいて第２基板１１ｂが第１基板１１ａよりも上方側にあることとする。

【0041】

基板１１の材料としては、絶縁性を有する板状の材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、パイレックス（登録商標）等のガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。なお、基板１１には、鉄、アルミニウム等の導電性を有する金属材料、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。基板１１の形状は、正方形、長方形、その他、円盤状であってもよい。また、基板１８は、絶縁性の材料、半導体材料、金属材料が混合された構成であってもよい。

【0042】

なお、基板１１は半導体であり、第１主面１１ａｆ及び第２主面１１ｂｆの少なくとも何れかに設けられた縮退部と、非縮退部とを有してもよい。このため、第１電極部１２ａ等と配線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、発電素子１全体の抵抗の増加を抑制することが可能となる。

【0043】

＜第１電極部１２ａ、第２電極部１２ｂ＞
第１電極部１２ａは、第１主面１１ａｆ上に接して設けられる。第１電極部１２ａは、第２基板１１ｂと離間する。第２電極部１２ｂは、第２主面１１ｂｆ上に接して設けられる。第２電極部１２ｂは、第１基板１１ａ及び第１電極部１２ａと離間して対向する。第２電極部１２ｂは、第１電極部１２ａとは異なる仕事関数を有する。

【0044】

第１電極部１２ａは、例えば図示しない第１基板１１ａに挿通された配線、第１低熱伝導部２１、他の積層部１０及び第２端子１１２を介して第２配線１０２と電気的に接続される。第２電極部１２ｂは、例えば図示しない第２基板１１ｂに挿通された配線、第１低熱伝導部２１、他の積層部１０及び第１端子１１１を介して第１配線１０１と電気的に接続される。なお、第１端子１１１及び第２端子１１２は、省略してもよい。また、図示しない配線の配置箇所等は、任意である。

【0045】

発電素子１では、仕事関数差を有する第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間に発生する、絶対温度による電子放出現象が利用できる。このため、発電素子１は、絶対温度が高いほど、第１電極部１２ａあるいは第２電極部１２ｂから放出される電子の量が増加する。

【0046】

第１電極部１２ａの材料、及び第２電極部１２ｂの材料は、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）
発電素子１では、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間に仕事関数差が生じればよい。したがって、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの材料には、上記以外の金属を選ぶことが可能である。第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの材料として、金属のほか、合金、金属間化合物、及び金属化合物を選ぶことも可能である。金属化合物は、金属元素と非金属元素とが化合したものである。このような金属化合物の例としては、例えば六ホウ化ランタン（ＬａＢ_６）を挙げることができる。

【0047】

＜支持部１３＞
支持部１３は、第１基板１１ａと、第２基板１１ｂとの間に設けられる。支持部１３は、例えば第１主面１１ａｆ及び第２主面１１ｂｆと連接する。支持部１３は、例えば第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂと離間しているが、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂと接してもよい。

【0048】

なお、支持部１３は、基板１１の一部が酸化したものであってもよい。具体的には、シリコンより構成された基板１１を酸化させて形成されたシリコン酸化膜の一部を支持部１３としてもよい。この場合、新たに支持部１３を形成する場合に比べて、支持部１３の高さを高精度に制御することができ、電極間ギャップＧ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。

【0049】

支持部１３の材料としては、絶縁性を有する材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、パイレックス（登録商標）等のガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。上記のほか、支持部１３は、例えば、フレキシブルなフィルム状でもよく、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＣ（polycarbonate）、及びポリイミド等を用いることができる。

【0050】

＜中間部１４＞
図２は、中間部１４の一例を示す模式断面図である。図１（ａ）に示すように、中間部１４は、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間に設けられる。中間部１４は、ナノ粒子１４１を含む。中間部１４は、例えば図１（ｂ）に示すように、支持部１３と、第１封止部３１と、第２封止部３２により積層体２内に保持される。

【0051】

第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間には、第１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１では、電極間ギャップＧは、支持部１３の第１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１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１の第１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１３の、第１方向Ｚに沿った厚さとは、ほぼ等価である。

【0052】

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１の生産に際し、作業性が向上する。

【0053】

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、第１電極部１２ａの仕事関数の値と、第２電極部１２ｂの仕事関数の値との間にあるが、第１電極部１２ａの仕事関数の値と第２電極部１２ｂの仕事関数の値との間以外であってもよい。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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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、第１電極部１２ａとナノ粒子１４１との間、並びにナノ粒子１４１と第２電極部１２ｂ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１の発電効率の向上が期待できる。

【0057】

溶媒１４２には、例えば、沸点が１００℃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１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１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。

【0058】

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１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１の劣化を抑制することが可能となる。また、中間部１４は、例えば溶媒１４２の代わりに、ナノ粒子１４１を支持する絶縁体を含んでもよい。

【0059】

＜第１低熱伝導部２１＞
第１低熱伝導部２１は、積層部１０間に配置される。具体的には、図１（ａ）に示すように、第１方向Ｚにおける下方側に位置する積層部１０の第２基板１１ｂと、第１方向Ｚにおける上方側に位置する積層部１０の第１基板１１ａとの間に配置される。

【0060】

第１低熱伝導部２１は、第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに広がる平板状の部材であり、第１積層面１１ａｓ及び第２積層面１１ｂｓ全体を覆うように配置されている。第１低熱伝導部２１は、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂを覆うことにより、基板１１から外部に熱が放出することを防止するために設けられている。第１低熱伝導部２１の厚みは、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの厚みよりも厚い。なお、第１低熱伝導部２１の厚みは、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの厚みよりも薄くてもよい。また、第１低熱伝導部２１の厚みは、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの厚みよりも厚い。第１低熱伝導部２１の厚みが、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの厚みよりも薄い場合には、基板１１から外部に熱が放出し易くなり、基板１１からの熱放出を抑えることができず、出力電圧の向上を図ることが難しい。

【0061】

第１低熱伝導部２１の熱伝導率は、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの熱伝導率よりも低い。また、第１低熱伝導部２１の熱伝導率は、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの熱伝導率よりも低い。第１低熱伝導部２１の熱伝導率が、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの熱伝導率よりも高い、あるいは第１低熱伝導部２１の熱伝導率が、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの熱伝導率よりも高い場合には、基板１１から外部に熱が放出し易くなり、基板１１からの熱放出を抑えることができず、出力電圧の向上を図ることが難しい。

【0062】

第１低熱伝導部２１は、絶縁性を有し、例えばガラス、フリットガラス、樹脂又は空気の何れかにより構成されている。なお、第１低熱伝導部２１は、これらに限定されることなく、熱伝導率が低い材料であれば如何なる材料により構成されてもよい。熱伝導率が低い材料とは、具体的にはＪＩＳ Ｒ１６１１により規定される熱伝導率として、２．０Ｗ／（ｍ・ｋ）以下の値であることが望ましい。熱伝導率が低い材料としては、例えば、セラミック、タイル、陶器等であればよく、ポリウレタン、ポリイミド、スチレン、塩化ビニル等の樹脂材料、ガラス、フリットガラス、空気により構成されていることが好ましい。例えば、基板１１がシリコン（ＪＩＳ Ｒ１６１１に準じて２５℃で測定される熱伝導率が、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）により構成される場合、第１低熱伝導部２１はエポキシ（ＪＩＳ Ｒ１６１１に準じて２５℃で測定される熱伝導率が、０．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度）により構成されることが好ましい。

【0063】

第１低熱伝導部２１は、第１積層面１１ａｓ及び第２積層面１１ｂｓ全体を覆うのではなく、第１積層面１１ａｓ及び第２積層面１１ｂｓの一部を覆うこととしてもよい。但し、第１低熱伝導部２１が第１積層面１１ａｓ及び第２積層面１１ｂｓを覆う面積が多いほど、積層部１０間の断熱性（熱絶縁性）を高め、積層部１０の絶対温度を高い状態に維持することができる。また、第１低熱伝導部２１は、複数の低熱伝導部材から構成され、この低熱伝導部材が離間した状態で積層部１０間に配置されてもよい。

【0064】

＜発電素子１の動作＞
熱エネルギーが発電素子１に与えられると、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂ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。第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂ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１電極部１２ａの仕事関数と、第２電極部１２ｂの仕事関数との差、積層部１０の温度に依存する。

【0065】

発生する電流量は、例えば、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの仕事関数差を大きくすること、電極間ギャップを小さくすること、積層部１０の絶対温度を上昇させること等により増加させることができる。

【0066】

＜＜発電素子１の製造方法＞＞
次に、発電素子１の製造方法の一例を、説明する。図３は、第１実施形態における発電素子１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（ｂ）は、第１実施形態における発電素子１の製造方法の一例を示す模式断面図である。

【0067】

本実施形態における発電素子１の製造方法は、積層部形成工程Ｓ１１０としての第１工程と、積層体形成工程Ｓ１２０としての第２工程とを備える。積層部形成工程Ｓ１１０では、第１積層部１０ａ及び第２積層部１０ｂを形成し、積層体形成工程Ｓ１２０では、第１積層部１０ａの上に第１低熱伝導部２１を介して第２積層部１０ｂを積層して積層体２を形成する。積層部形成工程Ｓ１１０は、電極部形成工程と中間部形成工程とを有する。

【0068】

＜積層部形成工程：Ｓ１１０＞
＜＜電極部形成工程＞＞
先ず、積層部形成工程Ｓ１１０では、第１主面１１ａｆ上に第１電極部１２ａを形成し、第２主面１１ｂｆ上に第２電極部１２ｂを形成する。なお、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂを形成する順番は、任意である。第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂは、例えば、スパッタリング法又は蒸着法を用いて形成されるほか、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。

【0069】

＜＜支持部形成工程＞＞
次に、第１基板１１ａの第１主面１１ａｆ上に支持部１３を形成する。なお、支持部１３は、第２基板１１ｂの第２主面１１ｂｆ上に形成されてもよい。支持部１３は、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。

【0070】

＜＜中間部形成工程＞＞
次に、支持部１３を介して、第１基板１１ａの上に、第２基板１１ｂを積層する。これにより、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂは、電極間ギャップＧの幅で離間した状態を保つ。その後、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間に、ナノ粒子１４１を含む中間部１４を形成する。中間部１４の形成の際には、例えばインクジェット法を用いて、第１電極部１２ａと第２電極部１２ｂとの間に、中間部１４を形成する。例えば積層された各基板１１ａ、１１ｂを中間部１４の原液に浸し、毛細管現象によってギャップ部１４０に中間部１４を形成してもよい。中間部１４を形成した後、例えば各基板１１ａ、１１ｂの側面側に第１封止部３１と、第２封止部３２を形成することで、ギャップ部１４０が閉塞される。なお、中間部１４として、例えば予めナノ粒子１４１を分散させた溶媒１４２が用いられる。

【0071】

＜積層体形成工程：Ｓ１２０＞
次に、第１低熱伝導部２１を介して積層部１０同士を第１方向Ｚに積層する（積層体形成工程Ｓ１２０）。積層体形成工程Ｓ１２０では、例えば圧着接合法を用いて、第１方向Ｚにおける下方側の積層部１０（第１積層部１０ａ）の上に、第１低熱伝導部２１を介して積層部１０（第２積層部１０ｂ）を連接させる。第１低熱伝導部２１を介して複数の積層部１０を積層させることにより、図４（ｂ）に示すように、積層体２が形成される。

【0072】

以上、各工程Ｓ１１０～Ｓ１２０の処理を行うことにより、第１低熱伝導部２１を介して複数の積層部１０が積層された積層体２を備える発電素子１が形成される。なお、上述した各工程Ｓ１１０～Ｓ１２０の処理を複数回実施してもよい。

【0073】

本実施形態によれば、第１積層部１０ａと第２積層部１０ｂとが第１低熱伝導部２１を介して積層されている。このため、第１積層部１０ａ及び第２積層部１０ｂに含まれる基板のうち、第１低熱伝導部２１と接している面からの熱放出を抑えることができる。これにより、出力電圧の向上を図ることができる。

【0074】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１の熱伝導率は、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの熱伝導率よりも低い。このため、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂ上に形成された電極部１２からの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂの温度が高い状態に維持されることで第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂからの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子１による出力電圧の向上を図ることができる。

【0075】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１は、ガラス、フリットガラス、樹脂及び空気の少なくとも何れかで構成されている。このため、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの材料であるガラスやシリコンよりも熱伝導率が低くなり、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂからの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂの温度が高い状態に維持されることで第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂからの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子１による出力電圧の向上を図ることができる。

【0076】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１の熱伝導率は、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの熱伝導率よりも低い。このため、第１基板１１ａあるいは第２基板１１ｂから外部に熱が放出される際、第１電極部１２ａあるいは第２電極部１２ｂ側に熱が放出され易くなる。これにより、発電素子１の発電効率の更なる向上を図ることができる。

【0077】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１の厚みは、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの厚みよりも厚い。このため、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの熱が外部に放出されにくい。これにより、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの温度を維持することができる。

【0078】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１の厚みは、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂの厚みよりも薄い。このため、発電素子１の厚みの増加が抑制される。これにより、第１積層部１０ａ又は第２積層部１０ｂの積層数を増加させて出力電圧の向上を図ることができる。

【0079】

また、本実施形態によれば、第１低熱伝導部２１の厚みは、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの厚みよりも厚い。このため、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの熱が外部に放出されにくい。これにより、第１電極部１２ａ及び第２電極部１２ｂの温度を維持することができる。

【0080】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態における発電素子１、発電装置１００について説明する。上述した第１実施形態との違いは、積層体２の少なくとも一部の側面が第２低熱伝導部２１ａに接している点であり、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。

【0081】

図５（ａ）は、第２実施形態における発電素子１の一例を示す模式図である。図５（ａ）に示すように、積層体２の一部である第１積層部１０ａの外周の一部が、絶縁性を有する第２低熱伝導部２１ａに接している。即ち、第１実施形態と比較して、積層部１０間に第１低熱伝導部２１が配置された上で、第２低熱伝導部２１ａが設けられている分だけ第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。なお、第２低熱伝導部２１ａは、第１低熱伝導部２１と同様に、熱伝導率が低い材料により構成されていればよい。

【0082】

なお、第２低熱伝導部２１ａが積層体２の側面を覆う範囲は、特に限定されず、積層体２の少なくとも一部の側面が第２低熱伝導部２１ａに接しているのであれば、如何なる範囲であってもよい。また、第２低熱伝導部２１ａは、一体的に積層体２の側面に接するのではなく、複数の低熱伝導部材が不連続な状態で積層体２の側面に接してもよい。また、第２低熱伝導部２１ａは、第１低熱伝導部２１と一体的に形成されてもよい。また、第２低熱伝導部２１ａは、第１低熱伝導部２１を構成する材料と同じ材料により構成されていてもよく、又は異なる材料により構成されてもよい。更に、第２低熱伝導部２１ａは複数の低熱伝導部材から構成されてもよい。

【0083】

本実施形態によれば、積層体２の少なくとも一部の側面は、第２低熱伝導部２１ａに接している。このため、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂからの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂからの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、発電素子１による出力電圧の向上を図ることができる。

【0084】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態における発電素子１、発電装置１００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積層部１０ａ又は第２積層部１０ｂの少なくともいずれかの外周が、第３低熱伝導部２１ｂに覆われている点であり、その他の点は共通している。従って、以下の説明では、第１、第２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。

【0085】

図５（ｂ）、（ｃ）は、第３実施形態における発電素子１の一例を示す模式図である。図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１積層部１０ａの外周全体及び第２積層部１０ｂの外周の一部は、絶縁性を有する第３低熱伝導部２１ｂに覆われている。即ち、第１実施形態及び第２実施形態と比較して、第３低熱伝導部２１ｂが設けられている分だけ第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。なお、第３低熱伝導部２１ｂは、第１低熱伝導部２１と同様に、熱伝導率が低い材料により構成されていればよい。

【0086】

なお、第３低熱伝導部２１ｂが積層体２の側面を覆う範囲は、特に限定されず、第１積層部１０ａの外周全体のみならず第２積層部１０ｂの外周全体を覆ってもよい。また、第３低熱伝導部２１ｂは、連続的に積層体２の側面を覆うのではなく、積層体２の側面の一部が第３低熱伝導部２１ｂに覆われていない部分があってもよい。また、第３低熱伝導部２１ｂは、第１低熱伝導部２１あるいは第２低熱伝導部２１ａと一体的に形成されてもよい。また、第３低熱伝導部２１ｂは、第１低熱伝導部２１あるいは第２低熱伝導部２１ａを構成する材料と同じ材料により構成されていてもよく、又は異なる材料により構成されてもよい。更に、第３低熱伝導部２１ｂは複数の低熱伝導部材から構成されてもよい。

【0087】

本実施形態によれば、第１積層部１０ａ又は第２積層部１０ｂの少なくともいずれかの外周が、第３低熱伝導部２１ｂに覆われている。このため、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂを含む積層部１０を周囲と断熱して積層部１０の温度を高い状態に維持することができる。即ち、第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂからの熱放出が妨げられ、ひいては第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂから第１基板１１ａ及び第２基板１１ｂへの熱放出が妨げられる。これにより、第１電極部１２ａ又は第２電極部１２ｂからの熱電子の放出量が多い状態が維持されるため、積層部１０内における発電量を増加させることができ、発電素子１による出力電圧の更なる向上を図ることができる。なお、第３低熱伝導部２１ｂは、積層体２の側面全体を覆ってもよい。この場合には、積層体２の一部が第３低熱伝導部２１ｂにより覆われる場合よりも長期に亘って積層部１０の温度を高い状態に維持することができるため、発電素子１による出力電圧の更なる向上を図ることができる。

【0088】

（第４実施形態：電子機器５００）
＜電子機器５００＞
上述した発電素子１及び発電装置１００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。

【0089】

図６（ａ）～図６（ｄ）は、発電素子１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６（ｅ）～図６（ｈ）は、発電素子１を含む発電装置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。

【0090】

図６（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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

補助電源５０３は、発電素子１である。発電素子１は、上述した発電素子１の少なくとも１つを含む。発電素子１のアノード（例えば第１電極部１２ａ）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１のカソード（例えば第２電極部１２ｂ）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。

【0094】

図６（ｂ）に示すように、主電源５０２は、発電素子１とされてもよい。発電素子１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１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６（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１と、発電素子１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１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１は、環境発電型（エナジーハーベスト型）である。図６（ｂ）に示す電子機器５００は、電池の交換が不要である。

【0095】

図６（ｃ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１を備えていてもよい。発電素子１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１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１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。

【0096】

図６（ｄ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１を備えている場合、発電素子１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。

【0097】

図６（ｅ）～図６（ｈ）のそれぞれに示すように、電子機器５００は、発電装置１００を備えていてもよい。発電装置１００は、電気エネルギーの源として発電素子１を含む。

【0098】

図６（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１を備えている。同様に、図６（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１００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１又は発電装置１００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１又は発電装置１００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。

【0099】

図６（ａ）～図６（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１と、発電素子１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。

【0100】

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１又は発電装置１００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。

【0101】

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】

【0102】

１ ：発電素子
２ ：積層体
１０ ：積層部
１０ａ ：第１積層部
１０ｂ ：第２積層部
１１ ：基板
１１ａ ：第１基板
１１ａｆ ：第１主面
１１ａｓ ：第１積層面
１１ｂ ：第２基板
１１ｂｆ ：第２主面
１２ｂｓ ：第２積層面
１２ａ ：第１電極部
１２ｂ ：第２電極部
１３ ：支持部
１４ ：中間部
１４０ ：ギャップ部
１４１ ：ナノ粒子
１４２ ：溶媒
２１ ：第１低熱伝導部
２１ａ ：第２低熱伝導部
２１ｂ ：第３低熱伝導部
３１ ：第１封止部
３２ ：第２封止部
１００ ：発電装置
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
１１１ ：第１端子
１１２ ：第２端子
５００ ：電子機器
Ｇ ：ギャップ
Ｒ ：負荷
Ｓ１１０ ：積層部形成工程
Ｓ１２０ ：積層体形成工程
Ｚ ：第１方向
Ｘ ：第２方向
Ｙ ：第３方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】