2024-30453 熱利用発電モジュール

(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】P2024030453

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】熱利用発電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H10N 10/17 20230101AFI20240229BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H01L35/32 A

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 2022133374

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】390039929

【氏名又は名称】三桜工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100114270

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 朋也

(74)【代理人】

【識別番号】100130052

【弁理士】

【氏名又は名称】大阪 弘一

(74)【代理人】

【識別番号】100186761

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 勇太

(72)【発明者】

【氏名】梅 ▲ヒョウ▼

(72)【発明者】

【氏名】王 曄

(72)【発明者】

【氏名】後藤 直哉

(57)【要約】

【課題】制約されたスペースで所望の性能を実現できる熱利用発電モジュールを提供する。
【解決手段】熱利用発電モジュールは、所定方向に沿って互いに隣接する第１熱利用発電素子及び第２熱利用発電素子を備え、第１熱利用発電素子は、所定方向に交差する積層方向において互いに重なる第１電子熱励起層及び第１電子輸送層を含む第１熱電変換層と、積層方向において第１熱電変換層に重なる第１電解質層とを有し、第１電子輸送層は、可撓性を示すと共に、所定方向において順に並ぶ第１端部と、中間部と、第２端部とを有し、積層方向において、第１電子熱励起層及び第１電解質層のそれぞれが第１端部に重なり、且つ、第２熱利用発電素子が第２端部に重なり、第１端部と中間部とのそれぞれは、積層方向において第２熱利用発電素子とは重ならない。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定方向に沿って互いに隣接する第１熱利用発電素子及び第２熱利用発電素子を備え、
前記第１熱利用発電素子は、前記所定方向に交差する積層方向において互いに重なる第１電子熱励起層及び第１電子輸送層を含む第１熱電変換層と、前記積層方向において前記第１熱電変換層に重なる第１電解質層とを有し、
前記第１電子輸送層は、可撓性を示すと共に、前記所定方向において順に並ぶ第１端部と、中間部と、第２端部とを有し、
前記積層方向において、前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層のそれぞれが前記第１端部に重なり、且つ、前記第２熱利用発電素子が前記第２端部に重なり、
前記第１端部と前記中間部とのそれぞれは、前記積層方向において前記第２熱利用発電素子とは重ならない、
熱利用発電モジュール。

【請求項2】

前記第１電子輸送層は、第１面と、前記積層方向において前記第１面の反対側に位置する第２面と、を有し、
前記積層方向において、前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層のそれぞれは前記第１面上に位置し、且つ、前記第２熱利用発電素子が前記第２面上に位置する、
請求項１に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項3】

前記第１電子輸送層は、第１面と、前記積層方向において前記第１面の反対側に位置する第２面と、を有し、
前記積層方向において、前記第１電子熱励起層、前記第１電解質層及び前記第２熱利用発電素子のそれぞれは前記第１面上に位置する、
請求項１に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項4】

前記第１電子熱励起層は、可撓性を示すと共に前記第１面を覆う、
請求項２又は３に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項5】

前記第１端部は、前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層よりも前記積層方向の一方側に位置し、
前記第２端部は、前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層よりも前記積層方向の他方側に位置する、
請求項１又は２に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項6】

前記第２熱利用発電素子は、前記積層方向において互いに重なる第２電子熱励起層及び第２電子輸送層を含む第２熱電変換層と、前記積層方向において前記第２熱電変換層に重なる第２電解質層とを有し、
前記第１熱利用発電素子においては、前記第１電子輸送層、前記第１端部に接する前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層が順に積層され、
前記第２熱利用発電素子においては、前記第２端部に接する第２電解質層、前記第２電子熱励起層及び前記第２電子輸送層が順に積層される、
請求項１～３のいずれか一項に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項7】

前記第２熱利用発電素子は、前記積層方向において互いに重なる第２電子熱励起層及び第２電子輸送層を含む第２熱電変換層を有し、
前記第１熱利用発電素子においては、前記第１電子輸送層、前記第１端部に接する前記第１電子熱励起層及び前記第１電解質層が順に積層され、
前記第２熱利用発電素子においては、前記第２電子輸送層は、前記第２端部に接する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の熱利用発電モジュール。

【請求項8】

前記積層方向に交差する方向に向かって巻かれている、
請求項１～３のいずれか一項に記載の熱利用発電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱利用発電モジュールに関し、特に熱電交換機能を奏する熱利用発電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

地熱又は工場の排熱等を利用した熱利用発電として、ゼーベック効果を利用した方法が挙げられる。また、ゼーベック効果を利用しない熱利用発電として、下記特許文献１に開示される熱利用発電素子が挙げられる。下記特許文献１では、電解質と、熱励起電子及び正孔を生成する熱電変換材料とを組み合わせることによって、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することが開示されている。このような熱利用発電素子を電子部品の電源として用いることによって、例えば一般的な電池が劣化しやすい高温環境下（例えば、５０℃以上）においても、当該電子部品に対して安定した電力を供給できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１７／０３８９８８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような熱を利用した発電装置を実用化するためには、制約されたスペースで所望の性能を実現することが求められる。

【0005】

本発明の一側面の目的は、制約されたスペースで所望の性能を実現できる熱利用発電モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一側面に係る熱利用発電モジュールは、以下の通りである。

【0007】

［１］所定方向に沿って互いに隣接する第１熱利用発電素子及び第２熱利用発電素子を備え、第１熱利用発電素子は、所定方向に交差する積層方向において互いに重なる第１電子熱励起層及び第１電子輸送層を含む第１熱電変換層と、積層方向において第１熱電変換層に重なる第１電解質層とを有し、第１電子輸送層は、可撓性を示すと共に、所定方向において順に並ぶ第１端部と、中間部と、第２端部とを有し、積層方向において、第１電子熱励起層及び第１電解質層のそれぞれが第１端部に重なり、且つ、第２熱利用発電素子が第２端部に重なり、第１端部と中間部とのそれぞれは、積層方向において第２熱利用発電素子とは重ならない、熱利用発電モジュール。

【0008】

［１］の熱利用発電モジュールでは、可撓性を示す第１電子輸送層の中間部は、積層方向において第１電子熱励起層、第１電解質層及び第２熱利用発電素子のいずれにも重ならない。このため、第１電子熱励起層、第１電解質層及び第２熱利用発電素子のいずれも可撓性を示さない場合であっても、中間部の変形によって、熱利用発電モジュールは、可撓性を示すことができる。また、上記熱利用発電モジュールでは、第１電子熱励起層と第１電解質層とが第１電子輸送層の第１端部に重なり、且つ、第２熱利用発電素子が第１電子輸送層の第２端部に重なる。これにより、単に第１熱利用発電素子の全体と第２熱利用発電素子の全体とを互いに積層する場合と比較して、熱利用発電モジュールの厚さを抑制できる。ここで、例えば、第１熱利用発電素子と第２熱利用発電素子とを互いに直列に接続することで、出力電圧を増大させることができる。また、例えば、第１熱利用発電素子と第２熱利用発電素子とを互いに並列に接続することで、出力電流を増大させることができる。以上より、制約されたスペースで所望の性能を実現できる。

【0009】

［２］第１電子輸送層は、第１面と、積層方向において第１面の反対側に位置する第２面と、を有し、積層方向において、第１電子熱励起層及び第１電解質層のそれぞれは第１面上に位置し、且つ、第２熱利用発電素子が第２面上に位置する、［１］に記載の熱利用発電モジュール。

【0010】

［２］の熱利用発電モジュールでは、中間部の変形によって、例えば、第１電解質層と、第２熱利用発電素子に含まれる電解質層とを同一平面上に配置できる。このため、熱利用発電モジュールの厚さを良好に抑制できる。

【0011】

［３］第１電子輸送層は、第１面と、積層方向において第１面の反対側に位置する第２面と、を有し、積層方向において、第１電子熱励起層、第１電解質層及び第２熱利用発電素子のそれぞれは第１面上に位置する、［１］に記載の熱利用発電モジュール。

【0012】

［３］の熱利用発電モジュールでは、熱利用発電モジュールの厚さを良好に抑制できる。

【0013】

［４］第１電子熱励起層は、可撓性を示すと共に第１面を覆う、［２］又は［３］に記載の熱利用発電モジュール。

【0014】

［４］の熱利用発電モジュールでは、第１電子熱励起層が可撓性を示す。このため、第１電子輸送層の変形に伴って第１電子熱励起層が変形した場合でも、第１電子熱励起層が破損することを抑制できる。また、この熱利用発電モジュールでは、第１電子熱励起層が第１電子輸送層の第１面を覆う。この場合、第１電子熱励起層が第１面の一部のみを覆っている場合に比べ、第１電子熱励起層の体積を増加できる。

【0015】

［５］第１端部は、第１電子熱励起層及び第１電解質層よりも積層方向の一方側に位置し、第２端部は、第１電子熱励起層及び第１電解質層よりも積層方向の他方側に位置する、［１］～［４］のいずれかに記載の熱利用発電モジュール。

【0016】

［５］の熱利用発電モジュールでは、熱利用発電モジュールの厚さをより抑制できる。

【0017】

［６］第２熱利用発電素子は、積層方向において互いに重なる第２電子熱励起層及び第２電子輸送層を含む第２熱電変換層と、積層方向において第２熱電変換層に重なる第２電解質層とを有し、第１熱利用発電素子においては、第１電子輸送層、第１端部に接する第１電子熱励起層及び第１電解質層が順に積層され、第２熱利用発電素子においては、第２端部に接する第２電解質層、第２電子熱励起層及び第２電子輸送層が順に積層される、［１］～［５］のいずれかに記載の熱利用発電モジュール。

【0018】

［６］の熱利用発電モジュールでは、第１熱利用発電素子及び第２熱利用発電素子を互いに直列に接続することができる。これにより、出力電圧を増大させることができる。

【0019】

［７］第２熱利用発電素子は、積層方向において互いに重なる第２電子熱励起層及び第２電子輸送層を含む第２熱電変換層を有し、第１熱利用発電素子においては、第１電子輸送層、第１端部に接する第１電子熱励起層及び第１電解質層が順に積層され、第２熱利用発電素子においては、第２電子輸送層は、第２端部に接する、［１］～［５］のいずれかに記載の熱利用発電モジュール。

【0020】

［７］の熱利用発電モジュールでは、第１熱利用発電素子及び第２熱利用発電素子を互いに並列に接続することができる。これにより、出力電流を増大させることができる。

【0021】

［８］積層方向に交差する方向に向かって巻かれた巻回体である、［１］～［７］のいずれかに記載の熱利用発電モジュール。

【0022】

［８］の熱利用発電モジュールでは、用途に応じて制約されたスペースで熱利用発電モジュールをより効率的に配置できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の一側面によれば、制約されたスペースで所望の性能を実現できる熱利用発電モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールの使用例を示す概略断面図である。

【図4】図４は、第１変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図5】図５は、第２変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図6】図６は、第３変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図7】図７は、第３変形例の別例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図8】図８は、第４変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図9】図９は、第４変形例の別例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図10】図１０は、第５変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【図11】図１１は、第６変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0026】

まず、図１を参照しながら、一実施形態に係る熱利用発電モジュールの構成を説明する。図１は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図１に示される熱利用発電モジュール１は、外部から熱が供給されることで発電する機能を示す部材の集合体である。すなわち、熱利用発電モジュール１は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電体の集合体である。

【0027】

熱利用発電モジュール１は、例えばシート形状を有すると共に、可撓性を示す。平面視における熱利用発電モジュール１の形状は、特に限定されない。平面視における熱利用発電モジュール１の形状は、例えば矩形状等の多角形状でもよいし、円形状でもよいし、楕円形状でもよい。なお、図１に示される熱利用発電モジュール１は、未変形状態である。

【0028】

熱利用発電モジュール１は、互いに同一の構成を有する複数の熱利用発電素子２を備える。図１において、複数の熱利用発電素子２は、所定方向（図１における紙面上下方向）に沿って配列されている。また、上記所定方向において互いに隣り合う２つの熱利用発電素子２同士において、一方の熱利用発電素子２の一部と、他方の熱利用発電素子２の一部とは、互いに重なっている。以下では、一方の熱利用発電素子２の一部と、他方の熱利用発電素子２の一部とが互いに重なる方向（図１における紙面左右方向）を、単に積層方向Ｄ１と称する。積層方向Ｄ１は、上記所定方向と交差または直交している。このため、上記所定方向を単に交差方向Ｄ２と称する。なお、本明細書における「同一」は、「完全同一」だけではなく「実質的に同一」も含む概念である。

【0029】

複数の熱利用発電素子２は、互いに同一形状を呈する熱発電体である。熱利用発電素子２は、外部から熱が供給されることで熱励起電子及び正孔を生成する。熱利用発電素子２による熱励起電子及び正孔の生成は、例えば、２５℃以上且つ３００℃以下の温度にて実施される。十分な量の熱励起電子及び正孔を生成する観点から、熱利用発電モジュール１の使用時において、熱利用発電素子２は、例えば５０℃以上の温度に加熱されてもよい。なお、十分な数の熱励起電子が生成される温度は、一例として、熱利用発電素子２の熱励起電子密度が１０^１５／ｃｍ^３以上となる温度である。一方、熱利用発電素子２の劣化等を良好に防止する観点から、熱利用発電モジュール１の使用時において、熱利用発電素子２は、例えば２００℃以下の温度とされてもよい。熱利用発電素子２の発電機構は、例えば、特開２０２１－００５６５１号公報に記載される発電機構と同様である。

【0030】

熱利用発電素子２は、積層方向Ｄ１において順に重なる熱電変換層３と電解質層４とを有する積層体である。熱電変換層３は、積層方向Ｄ１において互いに重なる電子熱励起層５及び電子輸送層６を有する。本実施形態では、電解質層４、電子熱励起層５及び電子輸送層６は、積層方向Ｄ１に沿ってこの順に積層している。

【0031】

電子熱励起層５は、熱利用発電素子２にて熱励起電子及び正孔を生成する層である。電子熱励起層５は、熱電変換材料を含む。熱電変換材料は、高温環境下にて励起電子が増加する材料であり、例えば、金属半導体（Ｓｉ，Ｇｅ）、テルル化合物半導体、シリコンゲルマニウム（Ｓｉ－Ｇｅ）化合物半導体、シリサイド化合物半導体、スクッテルダイト化合物半導体、クラスレート化合物半導体、ホイスラー化合物半導体、ハーフホイスラー化合物半導体、金属酸化物半導体、金属硫化物半導体、有機半導体等の半導体材料である。比較的低温にて十分な熱励起電子を生成する観点から、熱電変換材料は、ゲルマニウム（Ｇｅ）でもよい。

【0032】

電子熱励起層５は、複数の熱電変換材料を含んでもよい。電子熱励起層５は、熱電変換材料以外の材料を含んでもよい。例えば、電子熱励起層５は、熱電変換材料を結合させるバインダ、熱電変換材料の成形を補助する焼結助剤等を含んでもよい。電子熱励起層５は、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、放電プラズマ焼結法、圧縮成形法、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、スピンコート法等によって形成される。電子熱励起層５の厚さは、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。

【0033】

電子輸送層６は、電子熱励起層５にて生成された熱励起電子を外部へ輸送する層であり、可撓性を有する。電子輸送層６は、積層方向Ｄ１において電子熱励起層５を介して電解質層４の反対側に位置し、電子熱励起層５に接している。電子輸送層６の耐久性、可撓性等の観点から、電子輸送層６の厚さは、例えば０．１μｍ以上５μｍ以下である。

【0034】

電子輸送層６は、電子輸送材料を含む。電子輸送材料は、その伝導帯電位が熱電変換材料の伝導帯電位と同じかそれよりも正である材料である。電子輸送材料の伝導帯電位と、熱電変換材料の伝導帯電位との差は、例えば０．０１Ｖ以上０．１Ｖ以下である。電子輸送材料は、例えば金属材料である。金属材料は、例えば金属、合金、Ｎ型金属酸化物、Ｎ型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属等である。Ｎ型金属は、例えばニオブ、チタン、亜鉛、錫、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン及びマンガンである。電子輸送材料は、可撓性を有する半導体材料、電子輸送性有機物等でもよい。

【0035】

電子輸送層６は、第１端部７と、第２端部８と、中間部９と、を有する。第１端部７は、交差方向Ｄ２における電子輸送層６の一端を含む部分である。第２端部８は、交差方向Ｄ２における電子輸送層６の他端を含む部分である。中間部９は、交差方向Ｄ２における第１端部７及び第２端部８の間に位置する部分である。このため、第１端部７、中間部９、第２端部８は、交差方向Ｄ２においてこの順に並んでいる。

【0036】

電子輸送層６は、第１面６ａと、積層方向Ｄ１において第１面６ａの反対側に位置する第２面６ｂと、を有する。平面視において、電子輸送層６の面積は、例えば、電子熱励起層５の面積の２倍よりも大きい。加えて、本実施形態では、交差方向Ｄ２に沿った電子輸送層６の長さは、交差方向Ｄ２に沿った電子熱励起層５の長さの２倍よりも大きい。

【0037】

電解質層４は、熱利用発電素子２で十分な数の熱励起電子が生成される温度において、電荷輸送イオン対が内部を移動できる電解質を含む層である。電解質層４内を上記電荷輸送イオン対が移動することで電解質層４に電流が流れる。「電荷輸送イオン対」は、互いに価数が異なる安定な一対のイオンである。一方のイオンが酸化又は還元されると他方のイオンとなり、電子と正孔とを移動できる。電解質層４内の電荷輸送イオン対の酸化還元電位は、電子熱励起層５に含まれる熱電変換材料の価電子帯電位よりも負である。このため、電子熱励起層５と電解質層４との界面では、電荷輸送イオン対のうち、酸化されやすいイオンが酸化され、他方のイオンとなる。なお、電解質層４は、電荷輸送イオン対以外のイオンを含んでもよい。電解質層４は、例えばスキージ法、スクリーン印刷法、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、又はスピンコート法によって形成できる。

【0038】

電解質層４に含まれる電解質は、特に限定されない。当該電解質は、例えば、液体電解質でもよいし、固体電解質でもよいし、ゲル状電解質でもよい。本実施形態では、電解質層４は固体電解質を含む。固体電解質は、例えば、上記温度にて物理的及び化学的に安定である物質であり、多価イオンを含み得る。固体電解質は、例えば、ナトリウムイオン伝導体、銅イオン伝導体、鉄イオン伝導体、リチウムイオン伝導体、銀イオン伝導体、水素イオン伝導体、ストロンチウムイオン伝導体、アルミニウムイオン伝導体、フッ素イオン伝導体、塩素イオン伝導体、酸化物イオン伝導体等である。固体電解質は、例えば、分子量６０万以下のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）又はその誘導体でもよい。固体電解質がＰＥＧである場合、例えば銅イオン、鉄イオン等の多価イオン源が電解質層４に含まれてもよい。電解質層４の寿命を長くする等の観点から、アルカリ金属イオンが電解質層４に含まれてもよい。ＰＥＧの分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量に相当する。

【0039】

電解質層４は、有機電解質層でもよいし、無機電解質層でもよい。有機電解質層は、例えば１又は複数の有機物を主な組成とする電解質層である。有機物は、低分子有機化合物及び高分子有機化合物の少なくとも一方を含む。無機電解質層は、例えば１又は複数の無機物を主な組成とする電解質層である。無機物は、単体でもよいし、無機化合物でもよい。無機物は、セラミックス等の焼結体でもよい。有機電解質層に無機物が含まれてもよいし、無機電解質層に有機物が含まれてもよい。上述した有機物及び無機物のそれぞれは、電解質であってもよいし、電解質とは異なってもよい。例えば、電解質層４は、電解質を結合させるバインダ、電解質の成形を補助する焼結助剤等として機能する有機物または無機物を含み得る。

【0040】

電解質層４の厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。電解質層４の外形は、平面視において、電子熱励起層５の外形と一致している。本実施形態では、積層方向Ｄ１において、電子熱励起層５及び電解質層４のそれぞれは、電子輸送層６の第１面６ａ上に位置している。熱利用発電素子２において、電子熱励起層５は、電子輸送層６の第１面６ａに接している。熱利用発電素子２においては、電子輸送層６、第１端部７に接する電子熱励起層５及び電解質層４が順に積層されている。積層方向Ｄ１において、電子熱励起層５及び電解質層４のそれぞれが電子輸送層６の第１端部７に重なっている。一方、積層方向Ｄ１において、電子輸送層６の第２端部８及び中間部９は、電解質層４及び電子熱励起層５に重なっていない。交差方向Ｄ２における電解質層４の一端及び電子熱励起層５の一端と、交差方向Ｄ２における電子輸送層６の一端とは、互いに揃っていてもよいし、互いにずれていてもよい。

【0041】

以下では、説明の便宜のため、図１において交差方向Ｄ２の一方側（図１における紙面下側）に配列された熱利用発電素子２を第１熱利用発電素子１０と称することがある。また、交差方向Ｄ２において第１熱利用発電素子１０に隣接する熱利用発電素子２を第２熱利用発電素子２０と称することがある。加えて、第１熱利用発電素子１０の熱電変換層３、電解質層４、電子熱励起層５及び電子輸送層６のそれぞれを、第１熱電変換層３１、第１電解質層４１、第１電子熱励起層５１、第１電子輸送層６１と称することがある。さらに、第２熱利用発電素子２０の熱電変換層３、電解質層４、電子熱励起層５及び電子輸送層６のそれぞれを、第２熱電変換層３２、第２電解質層４２、第２電子熱励起層５２、第２電子輸送層６２と称することがある。

【0042】

図１に示されるように、積層方向Ｄ１において、第１熱利用発電素子１０の一部と、第２熱利用発電素子２０の一部とは、互いに重なる。具体的には、第１熱利用発電素子１０に含まれる第１電子輸送層６１の第２端部８は、積層方向Ｄ１において第２熱利用発電素子２０に含まれる第２電解質層４２、第２電子熱励起層５２及び第２電子輸送層６２のそれぞれに重なる。一方、第１電子輸送層６１の第１端部７及び中間部９のそれぞれは、積層方向Ｄ１において第２熱利用発電素子２０とは重なっていない。ここで、第１熱利用発電素子１０に含まれる第１電子輸送層６１の第１端部７は、積層方向Ｄ１において第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１のそれぞれに重なる。このため、第１電解質層４１及び第１電子熱励起層５１と、第２電解質層４２及び第２電子熱励起層５２とは、積層方向Ｄ１において互いに重なっておらず、且つ、交差方向Ｄ２において互いに離間している。また、第１電子輸送層６１の中間部９は、積層方向Ｄ１において第１電解質層４１、第１電子熱励起層５１、第２電解質層４２、第２電子熱励起層５２及び第２電子輸送層６２のいずれにも重なっていない。

【0043】

積層方向Ｄ１において、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１のそれぞれは、第１電子輸送層６１の第１面６ａ上に位置し、且つ、第２熱利用発電素子２０は、第１電子輸送層６１の第２面６ｂ上に位置する。第２熱利用発電素子２０においては、第１電子輸送層６１の第２端部８に接する第２電解質層４２、第２電子熱励起層５２及び第２電子輸送層６２が順に積層される。ここで、図１に示されるように、未変形状態の熱利用発電モジュール１においては、第１電解質層４１及び第１電子熱励起層５１と、第２電解質層４２及び第２電子熱励起層５２とは、積層方向Ｄ１に直交する同一平面上に位置する。この場合、第１電子輸送層６１の第１端部７は、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１よりも積層方向Ｄ１の一方側に位置する。第１電子輸送層６１の第２端部８は、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１よりも積層方向Ｄ１の他方側に位置する。加えて、第２端部８は、第２電子熱励起層５２及び第２電解質層４２よりも積層方向Ｄ１の他方側に位置する。すなわち、積層方向Ｄ１における第１端部７の位置と、積層方向Ｄ１における第２端部８の位置とは、互いに異なり得る。例えば、積層方向Ｄ１における第１端部７の位置と、積層方向Ｄ１における第２端部８の位置とのずれ量は、電解質層４及び電子熱励起層５からなる積層体の厚さ（積層方向Ｄ１における長さ）以上である。なお、第１電子輸送層６１の中間部９は、第１端部７と第２端部８とをつなぐ形に変形する（例えば、湾曲もしくは屈曲する）。これにより、第１電子輸送層６１の第１端部７及び第２端部８は、中間部９を介して互いに電気的接続される。

【0044】

第１電子熱励起層５１は、第１電子輸送層６１の第１端部７に接している。第２電解質層４２は、第１電子輸送層６１の第２端部８に接し、且つ、第２電子熱励起層５２は、第２電子輸送層６２の第１端部７に接している。このため、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０は、互いに直列に接続されている。

【0045】

以上、熱利用発電素子２の一例として、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０を説明した。交差方向Ｄ２において互いに隣り合う２つの熱利用発電素子２の配置関係は、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０の配置関係と同様である。このため、複数の熱利用発電素子２は、互いに直列に接続されている。

【0046】

熱利用発電モジュール１は、一対の絶縁層７１，７２を備える。絶縁層７１，７２のそれぞれは、熱利用発電素子２を保護すると共に可撓性を示す層である。絶縁層７１は、積層方向Ｄ１において熱利用発電モジュール１の一端に位置する。絶縁層７２は、積層方向Ｄ１において熱利用発電モジュール１の他端に位置する。絶縁層７１，７２のそれぞれは、可撓性及び耐熱性を備える。例えば、絶縁層７１，７２のそれぞれは、ポリイミド基板、ポリフェノール基板等の耐熱性樹脂基板である。絶縁層７１，７２それぞれの厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この場合、絶縁層７１，７２のそれぞれは、良好な可撓性を示す。

【0047】

熱利用発電モジュール１は、一対の集電体（不図示）を備える。一対の集電体のそれぞれは、熱利用発電モジュール１により発電された電力の取り出し電極として機能する。一方の集電体は、熱利用発電モジュール１における正極及び負極の一方として機能する。一方の集電体は、交差方向Ｄ２における熱利用発電モジュール１の一端に位置する熱利用発電素子２に接続される。他方の集電体は、熱利用発電モジュール１における正極及び負極の他方として機能する。他方の集電体は、交差方向Ｄ２における熱利用発電モジュール１の他端に位置する熱利用発電素子２に接続される。各集電体の少なくとも一部は、絶縁層７１，７２に被覆され得る。

【0048】

一対の集電体のそれぞれは、例えば、単層構造もしくは積層構造を有する導電板である。導電板は、例えば、金属板、合金板、及びそれらの複合板である。一対の集電体のそれぞれの厚さは、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この場合、一対の集電体のそれぞれは、良好な可撓性を示す。熱利用発電モジュール１の性能を良好に発揮する観点から、一対の集電体の少なくとも一方は、高熱伝導性を示してもよい。例えば、一対の集電体の少なくとも一方の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよい。熱利用発電モジュール１では温度差は不要であるため、一対の集電体の両方が高熱伝導性を示すことが望ましい。

【0049】

続いて、上述した熱利用発電モジュール１の製造方法の一例を説明する。まず、熱電変換層３を形成する。熱電変換層３は、例えば、電子輸送層６上に電子熱励起層５を成膜することによって、形成される。電子熱励起層５は、種々の成膜法によって熱電変換材料をパターニング成形する。これにより、電子輸送層６の一部上（すなわち、第１端部７上）に電子熱励起層５を選択的に形成する。

【0050】

また、電解質層４を形成する。本実施形態では、以下の手法により、可撓性を有する電解質層４を形成する。まず、イオン伝導性を有する高分子材料（イオン伝導性ポリマー）が添加される有機溶媒（例えば、ジメチルスルホキシド等）を撹拌する。次に、当該有機溶媒にイオン対及び促進添加剤（例えば、塩化銅（ＩＩ）、塩化リチウム等を含む溶液等）を添加した後に攪拌する。これにより、上記高分子材料、電荷輸送イオン対及び促進添加剤が溶解される電解質溶液を形成する。

【0051】

続いて、イオン透過性及び絶縁性を有するセパレータに、上記電解質溶液を塗布する。これにより、セパレータが電解質溶液に含浸される。そして、電解質溶液を乾燥させることで、可撓性を有する電解質層４を形成する。電解質溶液の乾燥は、自然乾燥でもよく、真空乾燥でもよく、公知の加熱乾燥でもよい。

【0052】

続いて、複数の熱利用発電素子２を形成する。まず、上記熱電変換層３を用意する。次に、電子輸送層６の第１端部７に形成された電子熱励起層５に、電解質層４を載置する。これにより、一の熱利用発電素子２を形成する。同様の手順にて、複数の熱利用発電素子２を形成する。

【0053】

続いて、一の熱利用発電素子２と別の熱利用発電素子２とを所定の方向に並べた後、一の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第２端部８に、別の熱利用発電素子２に含まれる電解質層４を載置する。このように、電子輸送層６及び電解質層４の載置を繰り返すことで、複数の熱利用発電素子２を所定方向（例えば、交差方向Ｄ２）に配列する。

【0054】

続いて、積層方向Ｄ１における複数の熱利用発電素子２の一端に絶縁層７１を配置すると共に、積層方向Ｄ１における他端に絶縁層７２を配置する。以上の工程を経て、上述した熱利用発電モジュール１が製造される。

【0055】

以上に説明した、本実施形態に係る熱利用発電モジュール１の作用効果について、図２を参照しながら説明する。図２は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールを示す別の概略断面図である。

【0056】

上述したように、熱利用発電素子２の電子輸送層６は可撓性を示し、且つ、電子輸送層６の中間部９は、積層方向Ｄ１において電解質層４、電子熱励起層５及び他の熱利用発電素子２と重なっていない。これにより、熱利用発電素子２においては、電子輸送層６のうち中間部９が最も変形しやすくなっている。このため、図２に示されるように、熱利用発電モジュール１の中心が積層方向Ｄ１において突出するように、熱利用発電モジュール１が交差方向Ｄ２に向かって巻回するとき、各中間部９が変形する。これにより、熱利用発電モジュール１全体として十分な可撓性を示すことができる。よって、電子輸送層６の第１端部７及び第２端部８が変形することなく、熱利用発電モジュール１全体として十分な可撓性を示すことができる。したがって、電解質層４及び電子熱励起層５が可撓性を示さない場合でも、中間部９の変形によって熱利用発電モジュール１を変形させることができ、例えば円筒状の排熱パイプの表面上等にも熱利用発電モジュール１を配置できる。さらには、熱利用発電モジュール１は、交差方向Ｄ２に向かって巻かれた巻回体（例えば、円筒形状の巻回体）になるように、熱利用発電モジュール１が交差方向Ｄ２に向かって巻回されてもよい。ここで、図２では、熱利用発電モジュール１の中心が積層方向Ｄ１における一方側（図２における紙面左側）に向かって突出しているが、当該中心は、積層方向Ｄ１における他方側（図２における紙面右側）に向かって突出してもよい。

【0057】

また、上記熱利用発電モジュール１では、第１電子熱励起層５１と第１電解質層４１とが第１電子輸送層６１の第１端部７に重なり、且つ、第２熱利用発電素子２０が第１電子輸送層６１の第２端部８に重なる。これにより、単に第１熱利用発電素子１０の全体と第２熱利用発電素子２０の全体とを互いに積層する場合と比較して、熱利用発電モジュール１の厚さを抑制できる。ここで、第１熱利用発電素子１０と第２熱利用発電素子２０とを互いに直列に接続することで、出力電圧を増大させることができる。

【0058】

ここで図３を用いて、上述した熱利用発電モジュール１の使用例を説明する。図３は、一実施形態に係る熱利用発電モジュールの使用例を示す概略断面図である。図３に示されるように、互いに同一の構成を有する複数の熱利用発電モジュール１が積層方向Ｄ１において互いに重なっている。この場合、例えば、一の熱利用発電モジュール１と、当該一の熱利用発電モジュール１と積層方向Ｄ１に隣り合う別の熱利用発電モジュール１とを集電体を介して互いに直列に接続することで、出力電圧を増大させることができる。また、例えば、当該一の熱利用発電モジュール１と当該別の熱利用発電モジュール１とを互いに並列に接続することで、出力電流を増大させることができる。よって、本使用例によれば、単一の熱利用発電モジュール１を用いる場合と比較して、一層好適に所望の性能を実現できる。

【0059】

本実施形態では、第１電子輸送層６１は、第１面６ａと、積層方向Ｄ１において第１面６ａの反対側に位置する第２面６ｂと、を有し、積層方向Ｄ１において、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１のそれぞれは第１面６ａ上に位置し、且つ、第２熱利用発電素子２０が第２面６ｂ上に位置する。この場合、中間部９の変形によって、例えば、第１熱利用発電素子１０に含まれる第１電解質層４１と、第２熱利用発電素子２０に含まれる第２電解質層４２とを同一平面上に配置できる。このため、熱利用発電モジュール１の厚さを良好に抑制できる。

【0060】

本実施形態では、第１端部７は、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１よりも積層方向Ｄ１の一方側に位置し、第２端部８は、第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１よりも積層方向Ｄ１の他方側に位置する。この場合、熱利用発電モジュール１の厚さをより抑制できる。

【0061】

本実施形態では、第２熱利用発電素子２０は、積層方向Ｄ１において互いに重なる第２電子熱励起層５２及び第２電子輸送層６２を含む第２熱電変換層３２と、積層方向Ｄ１において第２熱電変換層３２に重なる第２電解質層４２とを有し、第１熱利用発電素子１０においては、第１電子輸送層６１、第１端部７に接する第１電子熱励起層５１及び第１電解質層４１が順に積層され、第２熱利用発電素子２０においては、第１電子輸送層６１の第２端部８に接する第２電解質層４２、第２電子熱励起層５２及び第２電子輸送層６２が順に積層される。この場合、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０を互いに直列に接続することができる。これにより、出力電圧を増大させることができる。

【0062】

本実施形態では、熱利用発電モジュール１は、交差方向Ｄ２に向かって巻かれた巻回体でもよい。この場合、用途に応じて制約されたスペースで熱利用発電モジュール１をより効率的に配置できる。

【0063】

続いて、変形例に係る熱利用発電モジュールについて説明する。各変形例の説明において上述した実施形態と重複する記載は省略し、異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、各変形例に上述した実施形態の記載を適宜用いてもよい。

【0064】

図４は、第１変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図４に示される熱利用発電モジュール１Ａは、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０の配置関係に関し、上記実施形態の熱利用発電モジュール１と異なる。

【0065】

第２熱利用発電素子２０に含まれる第２電子輸送層６２の第２端部８は、第１熱利用発電素子１０に含まれる第１電子輸送層６１の第２端部８に接する。加えて、第２電子輸送層６２の第２面６ｂは、第１電子輸送層６１の第２面６ｂに接している。このため、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０は、互いに並列に接続されている。各第２端部８は、例えば互いに溶着されてもよいし、互いにはんだ等を介して固定されてもよい。

【0066】

以上に説明した第１変形例では、熱利用発電モジュール１Ａ内において、第１熱利用発電素子１０及び第２熱利用発電素子２０が互いに並列に接続される。これにより、出力電流を増大させることができる。ここで、熱利用発電モジュール１Ａにおいては、互いに直列接続される複数の熱利用発電素子２の群同士が、互いに並列に接続されてもよい。この場合、出力電圧の増大及び出力電流の増大を両立することが可能となる。以上より、第１変形例においても、制約されたスペースで所望の性能を実現できる。

【0067】

続いて、第２変形例に係る熱利用発電モジュール１Ｂについて説明する。図５は、第２変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図５では、絶縁層７１，７２の図示が省略されている。

【0068】

図５に示される熱利用発電モジュール１Ｂは、交差方向Ｄ２に隣り合う２つの熱利用発電素子２の配置関係に関し、上記実施形態の熱利用発電モジュール１と異なる。具体的には、第２熱利用発電素子２０の一部が第１熱利用発電素子１０の一部に積層された状態において、第１電子熱励起層５１、第１電解質層４１及び第２熱利用発電素子２０のそれぞれは、積層方向Ｄ１において、第１熱利用発電素子１０に含まれる第１電子輸送層６１の第１面６ａ上に位置する。具体的には、第２熱利用発電素子２０の第２電解質層４２が第１熱利用発電素子１０の第１電子輸送層６１の第１面６ａに接している。換言すると、第１電子熱励起層５１及び第２電解質層４２の両方が、第１電子輸送層６１の第１面６ａに接している。

【0069】

未変形状態の熱利用発電モジュール１Ｂにおいて、各電子輸送層６は、電解質層４及び電子熱励起層５からなる各積層体の間において湾曲しておらず、交差方向Ｄ２に沿って延びている。このため、積層方向Ｄ１における第１端部７の位置と、積層方向Ｄ１における第２端部８の位置とは、互いに一致している。

【0070】

以上に説明した第２変形例に係る熱利用発電モジュール１Ｂにおいても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

【0071】

図６は、第３変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図６でも、図５と同様に、絶縁層７１，７２の図示が省略される。

【0072】

図６に示される熱利用発電モジュール１Ｃは、複数の熱利用発電素子２に加えて、並列接続用連結素子１００を備える点で、上記実施形態の熱利用発電モジュール１と異なる。並列接続用連結素子１００は、交差方向Ｄ２において隣り合う２つの熱利用発電素子２を連結する部材であり、当該２つの熱利用発電素子２の間に位置する。交差方向Ｄ２において、並列接続用連結素子１００の一端は、一方の熱利用発電素子２に接続され、並列接続用連結素子１００の他端は、他方の熱利用発電素子２に接続される。並列接続用連結素子１００は、電解質層１０４Ａ，１０４Ｂと、電子熱励起層１０５Ａ，１０５Ｂと、電子輸送層１０６とを有する。電解質層１０４Ａ，１０４Ｂのそれぞれは、上記実施形態の電解質層４と同一部材であり、電子熱励起層１０５Ａ，１０５Ｂのそれぞれは、上記実施形態の電子熱励起層５と同一部材であり、電子輸送層１０６は、上記実施形態の電子輸送層６と同一部材である。

【0073】

電子輸送層１０６は、第１面１０６ａと、積層方向Ｄ１において第１面１０６ａの反対側に位置する第２面１０６ｂを、を有する。電子熱励起層１０５Ａ，１０５Ｂは、電子輸送層１０６の第１面１０６ａ上に位置する。電子熱励起層１０５Ａ，１０５Ｂは、互いに離間する層であり、例えば、第１面１０６ａ上に設けられる熱電変換材料をパターニングすることによって形成される。

【0074】

電子輸送層１０６は、第１端部１０７と、第２端部１０８と、中間部１０９と、を有する。第１端部１０７、中間部１０９、第２端部１０８は、交差方向Ｄ２においてこの順に並んでいる。積層方向Ｄ１において、電子熱励起層１０５Ａは、電子輸送層１０６の第１端部１０７に重なり、電子熱励起層１０５Ｂは、電子輸送層１０６の第２端部１０８に重なる。

【0075】

電解質層１０４Ａは、積層方向Ｄ１において電子熱励起層１０５Ａに重なり、且つ、電子熱励起層１０５Ａに接している。積層方向Ｄ１において、電子輸送層１０６の第１端部１０７、電子熱励起層１０５Ａ及び電解質層１０４Ａは、順に積層されている。電解質層１０４Ａは、上記一方の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第１面６ａに接している。

【0076】

電解質層１０４Ｂは、積層方向Ｄ１において電子熱励起層１０５Ｂに重なり、且つ、電子熱励起層１０５Ｂに接している。積層方向Ｄ１において、電子輸送層１０６の第２端部１０８、電子熱励起層１０５Ｂ及び電解質層１０４Ｂは、順に積層されている。電解質層１０４Ｂは、上記他方の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第１面６ａに接している。中間部１０９は、積層方向Ｄ１において、電解質層１０４Ａ，１０４Ｂ、電子熱励起層１０５Ａ，１０５Ｂ及び電子輸送層１０６のいずれにも重なっていない。

【0077】

以上に説明した第３変形例に係る熱利用発電モジュール１Ｃによれば、並列接続用連結素子１００の利用によって、上記第１変形例と同様の作用効果が奏され得る。

【0078】

図７は、第３変形例の別例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図７でも、図５及び図６と同様に、絶縁層７１，７２の図示が省略される。図７に示される熱利用発電モジュール１Ｄは、上記実施形態、第２変形例及び第３変形例の組み合わせに相当する。

【0079】

図７において交差方向Ｄ２の一方側（図７における紙面下側）に配列された一の熱利用発電素子２においては、積層方向Ｄ１において電子輸送層６、電子熱励起層５及び電解質層４が順に積層されている。交差方向Ｄ２において当該一の熱利用発電素子２と隣接する並列接続用連結素子１００においては、積層方向Ｄ１において電子輸送層１０６の第１端部１０７、電子熱励起層１０５Ａ及び電解質層１０４Ａが順に積層されていると共に、積層方向Ｄ１において電子輸送層１０６の第２端部１０８、電子熱励起層１０５Ｂ及び電解質層１０４Ｂが順に積層されている。交差方向Ｄ２において並列接続用連結素子１００と隣接する別の熱利用発電素子２の構成は、上述した一の熱利用発電素子２の構成と同様である。そして、並列接続用連結素子１００に含まれる電解質層１０４Ａは、当該一の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第１面６ａに接している。並列接続用連結素子１００に含まれる電解質層１０４Ｂは、当該別の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第１面６ａに接している。一の熱利用発電素子２と別の熱利用発電素子２とは、並列接続用連結素子１００を介して互いに並列に接続されている。

【0080】

加えて、別の熱利用発電素子２は、交差方向Ｄ２においてさらに別の熱利用発電素子２と直列接続されている。よって、別の熱利用発電素子２の電解質層４は、さらに別の熱利用発電素子２の電子輸送層６に接する。以上説明したように、第３変形例の別例に係る熱利用発電モジュール１Ｄは、並列接続用連結素子１００を介して互いに並列に接続された２つの熱利用発電素子２の組を有すると共に、互いに直列に接続され、交差方向Ｄ２において互いに隣接する２つの熱利用発電素子２の組を有する。

【0081】

図８は、第４変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図８でも、図５～図７と同様に、絶縁層７１，７２の図示が省略される。

【0082】

図８に示される熱利用発電モジュール１Ｅは、上記実施形態と上記第２変形例との組み合わせに相当する。具体的には、第１熱利用発電素子１０と第２熱利用発電素子２０との配置関係は、上記実施形態と同様である。すなわち、第１熱利用発電素子１０の一部が第２熱利用発電素子２０の一部に積層された状態において、第２熱利用発電素子２０の第２電解質層４２が第１熱利用発電素子１０の第１電子輸送層６１の第２面６ｂに接している。加えて、第２熱利用発電素子２０と、交差方向Ｄ２において第２熱利用発電素子２０と隣接する別の熱利用発電素子２との配置関係は、上述した第２変形例と同様である。すなわち、当該別の熱利用発電素子２の一部が第２熱利用発電素子２０の一部に積層された状態において、当該別の熱利用発電素子２の電解質層４は、第２熱利用発電素子２０の第２電子輸送層６２の第１面６ａに接している。

【0083】

以上に説明した第４変形例に係る熱利用発電モジュール１Ｅでも、少なくとも一部の電子輸送層６が変形することによって、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。

【0084】

図９は、第４変形例の別例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図９でも、図５～図８と同様に、絶縁層７１，７２の図示が省略される。図９に示される熱利用発電モジュール１Ｆは、上記実施形態、第３変形例及び第４変形例の組み合わせに相当する。

【0085】

図９において交差方向Ｄ２の一方側（図９における紙面下側）に配列された一の熱利用発電素子２、及び、交差方向Ｄ２において当該一の熱利用発電素子２と隣接する別の熱利用発電素子２においては、積層方向Ｄ１において電子輸送層６、電子熱励起層５及び電解質層４が順に積層されている。そして、当該別の熱利用発電素子２に含まれる電解質層４は、当該一の熱利用発電素子２に含まれる電子輸送層６の第１面６ａに接している。一の熱利用発電素子２と別の熱利用発電素子２とは、互いに直列に接続されている。

【0086】

加えて、別の熱利用発電素子２は、並列接続用連結素子１００にも接続される。この並列接続用連結素子１００は、さらに別の熱利用発電素子２（図９における紙面上側に配置される）にも接続される。このため、別の熱利用発電素子２と、さらに別の熱利用発電素子２とは、並列接続用連結素子１００を介して互いに並列に接続されている。以上説明したように、第４変形例の別例に係る熱利用発電モジュール１Ｆは、並列接続用連結素子１００を介して互いに並列に接続された２つの熱利用発電素子２の組を有すると共に、互いに直列に接続され、交差方向Ｄ２において互いに隣接する２つの熱利用発電素子２の組を有する。

【0087】

図１０は、第５変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図１０に示される熱利用発電モジュール１Ｇは、複数の熱利用発電素子２に代えて複数の熱利用発電素子２Ｇを備える点で、上記実施形態の熱利用発電モジュール１と異なる。

【0088】

熱利用発電素子２Ｇは、電子熱励起層５に代えて、電子熱励起層５Ｇを有する点で、熱利用発電素子２と異なる。熱利用発電素子２Ｇは、積層方向Ｄ１において互いに重なる電子熱励起層５Ｇ及び電子輸送層６を含む熱電変換層３と、積層方向Ｄ１において熱電変換層３に重なる電解質層４と、を有する。熱利用発電素子２Ｇにおいては、電子輸送層６、電子輸送層６に接する電子熱励起層５Ｇ及び電解質層４が順に積層されている。

【0089】

電子熱励起層５Ｇは、可撓性を示す。電子熱励起層５Ｇは、電子輸送層６の第１面６ａを覆っている点で、電子熱励起層５と異なる。具体的には、電子熱励起層５Ｇは、積層方向Ｄ１において電子輸送層６の第１端部７、第２端部８及び中間部９のいずれにも重なり、且つ、接している。電子熱励起層５Ｇは、第１面５ａと、積層方向Ｄ１において第１面５ａの反対側に位置する第２面５ｂと、を有する。電子熱励起層５Ｇの第２面５ｂは、電子輸送層６の第１面６ａに接している。本実施形態では、電子熱励起層５Ｇの外形は、平面視において電子輸送層６の外形と一致している。

【0090】

電子熱励起層５Ｇは、スパッタリング法等の乾式法により形成されてもよいし、スプレー法、ドクターブレード法等の湿式法によって形成されてもよい。湿式法による電子熱励起層５Ｇの形成方法の一例は、以下の通りである。まず、固化した熱電変換材料を削ることによって、粉末状の熱電変換材料を得る。次に、当該粉末状の熱電変換材料をバインダとなる有機溶媒（例えば、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）等）に添加した後、当該有機溶媒を攪拌する。次に、塗布機等を用いて、当該有機溶媒を電子輸送層６上に塗布する。そして、有機溶媒を乾燥させることで、可撓性を有する電子熱励起層５Ｇを形成する。有機溶媒の乾燥は、自然乾燥でもよく、真空乾燥でもよく、公知の加熱乾燥でもよい。

【0091】

以下では、説明の便宜のため、図１０において交差方向Ｄ２の一方側（図１０における紙面下側）に配列された熱利用発電素子２Ｇを第３熱利用発電素子３０と称することがある。また、交差方向Ｄ２において第３熱利用発電素子３０に隣接する熱利用発電素子２Ｇを第４熱利用発電素子４０と称することがある。加えて、第３熱利用発電素子３０の熱電変換層３、電解質層４、電子熱励起層５Ｇ及び電子輸送層６のそれぞれを、第３熱電変換層３３、第３電解質層４３、第３電子熱励起層５３、第３電子輸送層６３と称することがある。第４熱利用発電素子４０の熱電変換層３、電解質層４、電子熱励起層５Ｇ及び電子輸送層６のそれぞれを、第４熱電変換層３４、第４電解質層４４、第４電子熱励起層５４、第４電子輸送層６４と称することがある。

【0092】

図１０に示されるように、第３熱利用発電素子３０の一部と第４熱利用発電素子４０の一部とが互いに重なった状態において、第３熱利用発電素子３０に含まれる第３電子輸送層６３の第２端部８は、積層方向Ｄ１において第４熱利用発電素子４０に重なる。ここで、第３電子熱励起層５３は、積層方向Ｄ１において第３電子輸送層６３の第１端部７、第２端部８及び中間部９のいずれにも重なっている。このため、第４熱利用発電素子４０は、積層方向Ｄ１において第３熱利用発電素子３０の第３電子輸送層６３に加えて、第３電子熱励起層５３と重なっている。

【0093】

積層方向Ｄ１において、第３電子熱励起層５３及び第３電解質層４３のそれぞれは、第３電子輸送層６３の第１面６ａ上に位置し、且つ、第４熱利用発電素子４０は、第３電子輸送層６３の第２面６ｂ上に位置する。第３電解質層４３は、第３電子熱励起層５３における第３電子輸送層６３の第１端部７と重なる部分に接している。第４電解質層４４は、第３電子輸送層６３の第２端部８に接し、且つ、積層方向Ｄ１において第４電子輸送層６４の第１端部７に重なる。第３電解質層４３は、第３電子熱励起層５３の第１面５ａに接しており、第４電解質層４４は、第３電子輸送層６３の第２面６ｂ及び第４電子熱励起層５４の第１面５ａに接している。このため、第３熱利用発電素子３０及び第４熱利用発電素子４０は、互いに直列に接続されている。

【0094】

第５変形例では、第３電子熱励起層５３が可撓性を示す。このため、第３電子輸送層６３の変形に伴って第３電子熱励起層５３が変形した場合でも、第３電子熱励起層５３が破損することを抑制できる。また、この熱利用発電モジュール１Ｇでは、第３電子熱励起層５３が第３電子輸送層６３の第１面６ａを覆う。この場合、第３電子熱励起層５３が第１面６ａの一部のみを覆っている場合に比べ、第３電子熱励起層５３の体積を増加できる。

【0095】

図１１は、第６変形例に係る熱利用発電モジュールを示す概略断面図である。図１１に示される熱利用発電モジュール１Ｈは、上記第１変形例と上記第５変形例との組み合わせに相当する。具体的には、第３熱利用発電素子３０と第４熱利用発電素子４０との配置関係は、第１変形例における第１熱利用発電素子１０と第２熱利用発電素子２０との配置関係と同様である。すなわち、第３熱利用発電素子３０の一部が第４熱利用発電素子４０の一部に積層された状態において、第４熱利用発電素子４０の第４電子輸送層６４の第２端部８が第３熱利用発電素子３０の第３電子輸送層６３の第２端部８に接し、且つ、第３電子輸送層６３の第２面６ｂに接している。各第２端部８は、例えば互いに溶着されてもよいし、互いにはんだ等を介して固定されてもよい。

【0096】

以上に説明した第６変形例に係る熱利用発電モジュール１Ｈでも、上記第５変形例と同様の作用効果が奏される。また、第３熱利用発電素子３０及び第４熱利用発電素子４０が互いに並列に接続されるため、上記第１変形例と同様の作用効果が奏される。

【0097】

本発明の一側面に係る熱利用発電モジュールは、上記実施形態及び上記変形例に限定されず、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び上記変形例は、適宜組み合わされてもよい。例えば、第１変形例もしくは第３変形例を第４変形例に組み合わせてもよい。

【0098】

上記実施形態及び上記変形例では、電子輸送層、電解質層及び電子熱励起層が可撓性を示す場合、熱利用発電モジュールは、交差方向Ｄ２とは異なる方向に巻かれた巻回体でもよい。例えば、熱利用発電モジュールは、積層方向Ｄ１及び交差方向Ｄ２の双方に直交する方向（図２における紙面に直交する方向）に向かって巻かれた巻回体でもよい。

【0099】

上記実施形態及び上記変形例では、熱利用発電素子は熱電変換層及び電解質層を有しているが、これに限られない。熱利用発電素子は、上記２層以外の層を有してもよい。

【符号の説明】

【0100】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ…熱利用発電モジュール、６ａ…第１面、６ｂ…第２面、７…第１端部、８…第２端部、９…中間部、１０…第１熱利用発電素子、２０…第２熱利用発電素子、３１…第１熱電変換層、３２…第２熱電変換層、４１…第１電解質層、４２…第２電解質層、５１…第１電子熱励起層、５２…第２電子熱励起層、５３…第３電子熱励起層（第１電子熱励起層）、６１…第１電子輸送層、６２…第２電子輸送層、Ｄ１…積層方向、Ｄ２…交差方向（所定方向）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】