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技術 熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法

出願人 株式会社GCEインスティチュート国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明者 後藤博史坂田稔前田龍太郎魯健
出願日 2018年9月14日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-172469
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-047631
状態 未査定
技術分野 ナノ構造物 熱電素子 特殊な電動機、発電機
主要キーワード 可動センサ 各引出配線 ウェアラブル機器 環境発電 オフグリッド 補助部品 常圧環境 代替部品
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

電気エネルギー発生量の安定化を実現できる熱電素子発電装置電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供する。

解決手段

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子1であって、第1主面11afを有する第1基板11aと、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2基板11bと離間する第1電極部12aと第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基板11aと、第2基板11bとの間に設けられ、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間し、金属を含む支持部13と、第1電極部12aと、第2電極部12bとの間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部14と、を備えることを特徴とする。

概要

背景

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熱電素子の開発が盛んに行われている。特許文献1には、仕事関数差を有する電極間に発生する、絶対温度による電子放出現象を利用した熱電素子が開示されている。このような熱電素子は、電極間の温度差ゼーベック効果)を利用した熱電素子に比較して、電極間の温度差が小さい場合であっても発電可能である。このため、より様々な用途への利用が期待されている。

特許文献1には、エミッタ電極層と、コレクタ電極層と、エミッタ電極層及びコレクタ電極層の表面に分散して配置され、エミッタ電極層とコレクタ電極層とをサブミクロン間隔で離間する電気絶縁性の球状ナノビーズとを備え、エミッタ電極層の仕事関数はコレクタ電極層の仕事関数よりも小さく、球状ナノビーズの粒子径は100nm以下である熱電素子が開示されている。

概要

電気エネルギーの発生量の安定化を実現できる熱電素子、発電装置電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供する。熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子1であって、第1主面11afを有する第1基板11aと、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2基板11bと離間する第1電極部12aと第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基板11aと、第2基板11bとの間に設けられ、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間し、金属を含む支持部13と、第1電極部12aと、第2電極部12bとの間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部14と、を備えることを特徴とする。

目的

本発明は、上述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

熱エネルギー電気エネルギーに変換する熱電素子であって、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする熱電素子。

請求項2

前記第1基板を前記第1方向に貫通する第1貫通孔と、前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に設けられた第1配線層と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線と、をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の熱電素子。

請求項3

前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔と、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に設けられた第2配線層と、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線と、をさらに備えることを特徴とする請求項2記載の熱電素子。

請求項4

前記第1電極部及び前記支持部と接する引出配線をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の熱電素子。

請求項5

前記第1電極部と、前記第2電極部との間の電極間ギャップは、10μm以下であり、前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの1/10以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の熱電素子。

請求項6

前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、前記絶縁膜の厚さは、20nm以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項記載の熱電素子。

請求項7

前記中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含むことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載の熱電素子。

請求項8

前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載の熱電素子。

請求項9

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を備えた発電装置であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする発電装置。

請求項10

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする電子機器。

請求項11

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、第1基板の第1主面上に、金属を含む第1支持部を形成し、第2基板の第2主面上に、金属を含む第2支持部を形成する支持部形成工程と、前記第1主面上に前記第1支持部と離間する第1電極部を形成し、前記第2主面上に前記第2支持部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部を形成する電極部形成工程と、前記第1電極部上に、ナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、前記第1電極部と、前記第2電極部とを第1方向に離間して対向するように、前記第1支持部と前記第2支持部とを接合する接合工程と、を備えることを特徴とする熱電素子の製造方法。

請求項12

前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に第1配線層を形成する配線層形成工程と、前記第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する接続配線形成工程と、をさらに備え、前記中間部形成工程は、前記接合工程の後、前記第1貫通孔を介して前記中間部を形成することを特徴とする請求項11記載の熱電素子の製造方法。

請求項13

前記配線層形成工程は、前記第1配線層を形成すると同時に、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に第2配線層を形成し、前記貫通孔形成工程は、前記第1貫通孔を形成すると同時に、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔を形成し、前記接続配線形成工程は、前記第1接続配線を形成すると同時に、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成することを特徴とする請求項12記載の熱電素子の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、熱エネルギー電気エネルギーに変換する熱電素子発電装置電子機器、及び熱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熱電素子の開発が盛んに行われている。特許文献1には、仕事関数差を有する電極間に発生する、絶対温度による電子放出現象を利用した熱電素子が開示されている。このような熱電素子は、電極間の温度差ゼーベック効果)を利用した熱電素子に比較して、電極間の温度差が小さい場合であっても発電可能である。このため、より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、エミッタ電極層と、コレクタ電極層と、エミッタ電極層及びコレクタ電極層の表面に分散して配置され、エミッタ電極層とコレクタ電極層とをサブミクロン間隔で離間する電気絶縁性の球状ナノビーズとを備え、エミッタ電極層の仕事関数はコレクタ電極層の仕事関数よりも小さく、球状ナノビーズの粒子径は100nm以下である熱電素子が開示されている。

先行技術

0004

特許第6147901号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、異なる仕事関数を有する一対の電極部を用いた熱電素子において、電気エネルギーの発生量には、各電極部の間隔(電極間ギャップ)が影響する。特に、電極間ギャップのバラつきが悪化するにつれて、電気エネルギーの発生量が不安定となる傾向にある。

0006

この点、特許文献1の開示技術では、球状ナノビーズを用いて各電極層を離間させている。このため、球状ビーズ径のバラつきに起因する電極間ギャップのバラつきの悪化を考慮しておらず、電気エネルギーの発生量が不安定となる恐れがある。上述した事情により、電気エネルギーの発生量の安定化が望まれている。

0007

そこで本発明は、上述した問題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、電気エネルギーの発生量の安定化を実現できる熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱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発明に係る熱電素子は、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主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする。

0009

第2発明に係る熱電素子は、第1発明において、前記第1基板を前記第1方向に貫通する第1貫通孔と、前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に設けられた第1配線層と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線と、をさらに備えることを特徴とする。

0010

第3発明に係る熱電素子は、第2発明において、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔と、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に設けられた第2配線層と、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線と、をさらに備えることを特徴とする。

0011

第4発明に係る熱電素子は、第1発明において、前記第1電極部及び前記支持部と接する引出配線をさらに備えることを特徴とする。

0012

第5発明に係る熱電素子は、第1発明〜第4発明の何れかにおいて、前記第1電極部と、前記第2電極部との間の電極間ギャップは、10μm以下であり、前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの1/10以下であることを特徴とする。

0013

第6発明に係る熱電素子は、第1発明〜第5発明の何れかにおいて、前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、前記絶縁膜の厚さは、20nm以下であることを特徴とする。

0014

第7発明に係る熱電素子は、第1発明〜第6発明の何れかにおいて、前記中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含むことを特徴とする。

0015

第8発明に係る熱電素子は、第1発明〜第6発明の何れかにおいて、前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すことを特徴とする。

0016

第9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熱電素子を備えた発電装置であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする。

0017

第10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熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第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基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、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、を備えることを特徴とする。

0018

第11発明に係る熱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熱電素子の製造方法であって、第1基板の第1主面上に、金属を含む第1支持部を形成し、第2基板の第2主面上に、金属を含む第2支持部を形成する支持部形成工程と、前記第1主面上に前記第1支持部と離間する第1電極部を形成し、前記第2主面上に前記第2支持部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部を形成する電極部形成工程と、前記第1電極部上に、ナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、前記第1電極部と、前記第2電極部とを第1方向に離間して対向するように、前記第1支持部と前記第2支持部とを接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。

0019

第12発明に係る熱電素子の製造方法は、第11発明において、前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に第1配線層を形成する配線層形成工程と、前記第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する接続配線形成工程と、をさらに備え、前記中間部形成工程は、前記接合工程の後、前記第1貫通孔を介して前記中間部を形成することを特徴とする。

0020

第13発明に係る熱電素子の製造方法は、第12発明において、前記配線層形成工程は、前記第1配線層を形成すると同時に、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に第2配線層を形成し、前記貫通孔形成工程は、前記第1貫通孔を形成すると同時に、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔を形成し、前記接続配線形成工程は、前記第1接続配線を形成すると同時に、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成することを特徴とする。

発明の効果

0021

第1発明〜第10発明によれば、支持部は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向に沿った支持部の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0022

また、第1発明〜第10発明によれば、支持部は、第1電極部及び第2電極部と離間して設けられる。このため、支持部の形成に伴う各電極部の対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0023

特に、第2発明によれば、第1接続配線は、第1貫通孔を介して、第1電極部及び第1配線層と電気的に接続される。このため、第1接続配線は、熱電素子の内部側で第1電極部と接続させることができる。これにより、第1電極部と接続される第1接続配線の劣化を抑制することが可能となる。

0024

特に、第2発明によれば、第1貫通孔は、第1基板を第1方向に貫通する。このため、第1貫通孔を介して中間部の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子の使用に伴い中間部を交換する必要が発生した場合、容易に中間部の交換を実施することが可能となる。

0025

特に、第3発明によれば、第2接続配線は、第2貫通孔を介して、第2電極部及び第2配線層と電気的に接続される。このため、第2接続配線は、熱電素子の内部側で第2電極部と接続させることができる。これにより、各電極部と接続される各接続配線の劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線は、第1接続配線と同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。

0026

特に、第4発明によれば、引出配線は、第1電極部及び支持部と接する。このため、第1電極部と、外部配線との電気的接続や、熱電素子の検査を容易化することが可能となる。

0027

特に、第5発明によれば、ナノ粒子の直径は、電極間ギャップの1/10以下である。このため、第1電極部と、第2電極部との間に、ナノ粒子を含む中間部を容易に形成することができる。これにより、熱電素子を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。

0028

特に、第6発明によれば、ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有する。このため、第1電極部から生成した電子は、例えばトンネル効果等によりナノ粒子間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量を増加させることが可能となる。

0029

特に、第7発明によれば、中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒の気化を抑制することができる。これにより、溶媒の気化に伴う熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。

0030

特に、第8発明によれば、中間部は、ナノ粒子のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。

0031

第11発明〜第13発明によれば、接合工程は、金属を含む第1支持部と、金属を含む第2支持部とを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向に沿った支持部の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0032

また、第11発明〜第13発明によれば、電極部形成工程は、第1支持部と離間する第1電極部を形成し、第2支持部と離間する第2電極部を形成する。このため、各支持部を接合するとき、各電極部の対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0033

特に、第12発明によれば、接続配線形成工程は、第1貫通孔を介して、第1電極部及び第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する。このため、第1接続配線は、熱電素子の内部側で第1電極部と接続させることができる。これにより、第1電極部と接続される第1接続配線の劣化を抑制することが可能となる。

0034

特に、第12発明によれば、貫通孔形成工程は、第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する。このため、第1貫通孔を介して中間部の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子の使用に伴い中間部を交換する必要が発生した場合、容易に中間部の交換を実施することが可能となる。

0035

特に、第13発明によれば、接続配線形成工程は、第2貫通孔を介して、第2電極部及び第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成する。このため、第2接続配線は、熱電素子の内部側で第2電極部と接続させることができる。これにより、各電極部と接続される各接続配線の劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線は、第1接続配線と同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。

図面の簡単な説明

0036

図1(a)は、第1実施形態に係る発電装置及び熱電素子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1B−1B線に沿った模式平面図である。
図2(a)は中間部の一例を示す模式断面図であり、図2(b)は中間部の他の例を示す模式断面図である。
図3は、第1実施形態に係る熱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(a)〜図4(c)は、第1実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式図である。
図5(a)及び図5(b)は、第1実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。
図6(a)は、第2実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図6(b)は、図6(a)における6B−6B線に沿った模式平面図である。
図7(a)は、第3実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図7(b)は、図7(a)における7B−7B線に沿った模式平面図である。
図8は、第3実施形態に係る熱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9(a)〜図9(d)は、第3実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。
図10(a)〜図10(c)は、第3実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。
図11(a)は、第4実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図11(b)は、図11(a)における11B−11B線に沿った模式平面図であり、図11(c)は、第4実施形態に係る熱電素子の変形例を示す模式平面図である。
図12(a)は、第5実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図12(b)は、図12(a)における12B−12B線に沿った模式平面図である。
図13(a)〜図13(d)は、熱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13(e)〜図13(h)は、熱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。

実施例

0037

以下、本発明の実施形態における熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱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。

0038

(第1実施形態)
<発電装置100>
図1は、第1実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図1(a)は、第1実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1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1B−1B線に沿った模式平面図である。

0039

図1に示すように、発電装置100は、熱電素子1と、第1配線101と、第2配線102とを含む。熱電素子1は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような熱電素子1を備えた発電装置100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、熱電素子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。

0040

熱電素子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、及び工場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。熱電素子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自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池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。

0041

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

0042

熱電素子1は、基板11と、第1電極部12aと、第2電極部12bと、支持部13と、中間部14とを備える。

0043

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を有する。第2基板11bは、第1主面11afと第1方向Zに離間して設けられる。第2基板11bは、第1主面11afと対向し、第1方向Zと交わる第2主面11bfを有する。

0044

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。

0045

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、第1主面11af及び第2主面11bfと連接する。支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間する。支持部13は、金属を含む。

0046

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、ナノ粒子を含み、例えばナノ粒子が分散された溶媒を含んでもよい。

0047

熱電素子1は、ギャップ部14aを含む。ギャップ部14aは、例えば外界から隔離された空間を含む。ギャップ部14aは、例えば第1電極部12a、第2電極部12b、及び支持部13のそれぞれによって区画されている。中間部14は、ギャップ部14a内に設けられる。中間部14は、ギャップ部14a内において、例えば第1電極部12a、第2電極部12b、及び支持部13のそれぞれと接する。なお、熱電素子1の内部側とは、ギャップ部14aを含む部分を示し、熱電素子1の外部側とは、ギャップ部14aから離間した部分を示す。

0048

以下、第1実施形態に係る熱電素子1及び発電装置100の構成を、さらに詳細に説明する。

0049

<<第1基板11a、第2基板11b>>
第1基板11a及び第2基板11bのそれぞれの第1方向Zに沿った厚さは、例えば10μm以上2mm以下である。第1基板11a及び第2基板11bのそれぞれの材料としては、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。

0050

第1基板11a及び第2基板11bは、薄板状であるほか、例えばフレキシブルフィルム状でもよい。例えば、第1基板11a又は第2基板11bを、フレキシブルなフィルム状とする場合には、例えばPET(polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、及びポリイミド等を用いることができる。

0051

第1基板11aと第2基板11bとの間(熱電素子1の内部側)には、第1電極部12a、第2電極部12b、支持部13、及び中間部14が挟まれる。このため、第1基板11a及び第2基板11bを備えることで、第1電極部12a、第2電極部12b、支持部13、及び中間部14のそれぞれの、外力環境変化に伴った劣化や変形を抑制することもできる。したがって、熱電素子1の耐久性を高めることが可能である。

0052

<<第1電極部12a、第2電極部12b>>
第1電極部12a及び第2電極部12bは、例えば図1(b)に示すように、第1方向Zから見て、四角形に形成される。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、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。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、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。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。

0053

第1電極部12aは、例えば白金(仕事関数:約5.65eV)を含み、第2電極部12bは、例えばタングステン(仕事関数:約4.55eV)を含む。仕事関数が大きい電極部はアノードコレクタ電極)として機能し、仕事関数が小さい電極部はカソードエミッタ電極)として機能する。本実施形態に係る熱電素子1では、第1電極部12aがアノードであり、第2電極部12bがカソードとして説明する。なお、第1電極部12aをカソードとし、第2電極部12bをアノードとしてもよい。

0054

熱電素子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、熱電素子1は、第1電極部12aと第2電極部12bとの温度差が小さい場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる。さらに、熱電素子1は、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に温度差がない場合、又は単一の熱源を用いる場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。

0055

第1電極部12a及び第2電極部12bそれぞれの第1方向Zに沿った厚さは、例えば1nm以上1mm以下でもよく、好ましくは1nm以上1μm以下、より好ましくは、1nm以上50nm以下である。第1電極部12aと第2電極部12bとの間の第1方向Zに沿った距離(電極間ギャップ)は、例えば、10μm以下の有限値である。より好ましくは、10nm以上100nm以下である。

0056

第1電極部12a及び第2電極部12bそれぞれの第1方向Zに沿った厚さ、並びに電極間ギャップのそれぞれを、上記範囲内に設定することにより、例えば、熱電素子1の第1方向Zに沿った厚さを薄くできる。これは、例えば、複数の熱電素子1を、第1方向Zに沿ってスタックさせる場合に有効である。また、各電極部12a、12bの平面バラつきを抑えることができ、電気エネルギーの発生量の安定性を向上させることができる。上記に加え、電極間ギャップを、上記範囲内に設定することにより、電子を効率良く放出させることが可能になるとともに、電子を第2電極部12b(カソード)から第1電極部12a(アノード)へ、効率よく移動させることも可能となる。

0057

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。

0058

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)
熱電素子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(LaB6)を挙げることができる。

0059

第1電極部12a及び第2電極部12b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。

0060

第1電極部12a又は第2電極部12bの材料として、高融点金属(refractory metal)以外の材料を選ぶと、以下に説明される利点を、さらに得ることができる。本明細書において、高融点金属は、例えば、W、Nb、Mo、Ta、及びReとする。第1電極部12a(アノード)に、例えばPtを用いた場合、第2電極部12b(カソード)には、Al、Si、Ti、及びLaB6の少なくとも1つを用いることが好ましい。

0061

Al及びTiの融点は、上記高融点金属の融点より低い。したがって、Al及びTiからは、上記高融点金属に比較して、加工しやすい、という利点を得ることができる。

0062

Siは、上記高融点金属に比較して、その形成が、さらに容易である。したがって、Siからは、上記加工のしやすさに加え、熱電素子1の生産性がより向上する、という利点を、さらに得ることができる。

0063

LaB6の融点は、Nbの融点より高い。しかし、LaB6の融点は、W、Mo、Ta、及びReの融点より低い。LaB6は、W、Mo、Ta、及びReに比較して加工しやすい。しかも、LaB6の仕事関数は、約2.5〜2.7eVである。LaB6は、上記高融点金属に比較して電子を放出させやすい。したがって、LaB6からは、熱電素子1の発電効率の更なる向上が可能、という利点を、さらに得ることができる。

0064

なお、第1電極部12a及び第2電極部12bのそれぞれの構造は、上記材料を含む単層構造の他、上記材料を含む積層構造とされてもよい。

0065

<<支持部13>>
支持部13は、第1支持部13aと、第2支持部13bとを有する。第1支持部13a及び第2支持部13bは、例えば図1(b)に示すように、第1方向Zから見て、中空の四角形状に形成され、各電極部12a、12b及び中間部14を囲む。第1支持部13a及び第2支持部13bは、第1方向Zに沿って互いに接して設けられる。

0066

第1支持部13aは、第1主面11afと接し、第2主面11bfと離間する。第1支持部13aと、第1電極部12aとの間の距離は、例えば電極間ギャップよりも大きい。第2支持部13bは、第2主面11bfと接し、第1主面11afと離間する。第2支持部13bと、第2電極部12bとの間の距離は、例えば電極間ギャップよりも大きい。

0067

第1支持部13aは、第2支持部13bと等しい形状を有するほか、例えば第2支持部13bとは異なる形状を有してもよい。ここで、「異なる形状」とは、第1方向Zにおける厚さ、第2方向Xにおける幅、及び第3方向Yにおける長さの少なくとも何れかが異なることを示す。第1支持部13aは、第2方向Xと交わる側面、又は第3方向Yと交わる端面において、第2支持部13bの側面又は端面と同一平面上に設けられるほか、例えば同一平面上に設けられなくてもよい。

0068

第1支持部13a及び第2支持部13bの材料として、金属が用いられ、例えば金、ニッケル、タングステン、タンタル、モリブデン、鉛、白金、銀、又はスズが用いられるほか、金及びクロム積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる。各支持部13a、13bが金属を含むことで、各支持部13a、13bを形成する際の厚さを容易に制御できるほか、例えば各基板11a、11bからの押圧による変形が抑制され、各支持部13a、13bにおける厚さの変動を防ぐことができる。特に、各支持部13a、13bの表面に金を用いる場合、各支持部13a、13bの表面に露出した金同士を、例えば熱圧着接合法を用いて容易に接合することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができる。

0069

<<中間部14>>
中間部14は、例えば図2に示すように、第2電極部12b(カソード)から放出された電子を、第1電極部12a(アノード)へと移動させる部分である。図2(a)は、中間部14の一例を示す模式断面図である。図2(a)に示すように、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14a内に充填することで得られる。

0070

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。例えば、複数のナノ粒子141は、3.0eV以上5.5eV以下の範囲内の仕事関数を含む。これにより、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に放出された電子eを、ナノ粒子141を介して、例えば、第2電極部12b(カソード)から第1電極部12a(アノード)へと移動させることができる。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増加させることが可能となる。

0071

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、中間部14は、第1電極部12aの仕事関数と、第2電極部12bの仕事関数との間の仕事関数を有するナノ粒子141を少なくとも一部含んでいればよい。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。

0072

ナノ粒子141の粒子径は、例えば、電極間ギャップの1/10以下の有限値とされる。具体的には、ナノ粒子141の粒子径は、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。ナノ粒子141の粒子径を、例えば、電極間ギャップの1/10以下とすると、ギャップ部14a内にナノ粒子141を含む中間部14を形成し易くなる。これにより、熱電素子1の製造工程において、作業性を向上させることもできる。

0073

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2電極部12b(カソード)とナノ粒子141との間、及びナノ粒子141と第1電極部12a(アノード)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、熱電素子1の発電効率の向上が期待できる。

0074

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、熱電素子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の気化に伴う熱電素子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。溶媒142は、電気的抵抗値が高く、絶縁性である液体がよい。

0075

図2(b)は、中間部14の他の例を示す模式断面図である。図2(b)に示すように、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。

0076

中間部14が、ナノ粒子141のみを含むことで、例えば、熱電素子1を、高温の環境下に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、高温の環境下における熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。

0077

<<第1配線101及び第2配線102>>
第1配線101は、端子111及び図示しない第1基板11aに挿通された配線を介して、第1電極部12aと電気的に接続される。第2配線102は、端子112及び図示しない第2基板11bに挿通された配線を介して、第2電極部12bと電気的に接続される。

0078

第1配線101及び第2配線102のそれぞれには、導電性を有する材料が用いられる。第1配線101及び第2配線102のそれぞれの材料の例としては、ニッケル、銅、銀、金、タングステン、及びチタンを挙げることができる。第1配線101及び第2配線102のそれぞれの構造は、熱電素子1において生成された電流を負荷Rへ供給できる構造であれば、任意に設計することができる。

0079

<熱電素子1の動作>
熱エネルギーが熱電素子1に与えられると、例えば、第2電極部12b(カソード)から中間部14に向けて電子eが放出される。放出された電子eは、中間部14から第1電極部12a(アノード)へと移動する(図2参照)。この場合電流は、第1電極部12aから第2電極部12bに向かって流れる。このようにして、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。

0080

放出される電子eの量は、熱エネルギーに依存するほか、第1電極部12a(アノード)の仕事関数と、第2電極部12b(カソード)の仕事関数との差に依存する。また、放出される電子eの量は、第2電極部12bの仕事関数が小さい材料ほど、増加する傾向がある。

0081

移動する電子eの量は、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、又は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、熱電素子1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。

0082

<第1実施形態:熱電素子1の製造方法>
次に、熱電素子1の製造方法の一例を、説明する。図3は、本実施形態に係る熱電素子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5(b)は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示す模式図である。

0083

<<支持部形成工程S110>>
先ず、例えば図4(a)に示すように、第1基板11aの第1主面11af上に第1支持部13aを形成し、第2基板11bの第2主面11bf上に第2支持部13bを形成する(支持部形成工程S110)。各支持部13a、13bは、例えば図4(c)に示すように、第1方向Zから見て、中空の四角形状に形成される。

0084

支持部形成工程S110では、例えばスパッタリング法又は蒸着法等を用いた真空環境下で各支持部13a、13bを形成するほか、例えばスクリーン印刷法インクジェット法スプレイ印刷法等を用いた常圧環境下で各支持部13a、13bを形成してもよい。各支持部13a、13bとして、金属が用いられ、例えば金が用いられる。例えば各支持部13a、13bとして、例えば金及びクロムの積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる場合、各主面11af、11bf上にクロム又はニッケルが形成され、その上に金が形成される。これにより、各支持部13a、13bの上面に金が露出する。

0085

<<電極部形成工程S120>>
次に、例えば図4(b)に示すように、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(電極部形成工程S120)。各電極部12a、12bは、例えば図4(c)に示すように、第1方向Zから見て、各支持部13a、13bに囲まれて四角形状に形成される。各電極部12a、12bは、各支持部13a、13bと離間して形成される。各電極部12a、12bは、各支持部13a、13bよりも薄く形成される。

0086

電極部形成工程S120では、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて、各電極部12a、12bを形成するほか、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。例えば、第1電極部12aとして白金が用いられ、第2電極部12bとしてアルミニウムが用いられるほか、それぞれ上述した材料が用いられてもよい。

0087

<<中間部形成工程S130>>
次に、中間部14を形成する(中間部形成工程S130)。中間部形成工程S130では、例えば図5(a)に示すように、第1電極部12a上、及び第1支持部13aに囲まれた部分に、中間部14が形成される。なお、中間部形成工程S130では、例えば第2電極部12b上、及び第2支持部13bに囲まれた部分に、中間部14が形成されてもよい。

0088

中間部形成工程S130では、例えばインクジェット法を用いて、中間部14を第1電極部12a上等に形成する。このとき、例えば中間部14は、第1支持部13aの厚さよりも厚く形成されてもよい。これにより、後述する接合工程S140において、中間部14が第2支持部13bに囲まれた部分にも形成され、各電極部12a、12bの間、及び各支持部13a、13bに囲まれたギャップ部14aに、中間部14を充填することができる。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。

0089

<<接合工程S140>>
次に、第1電極部12aと、第2電極部12bとを第1方向Zに離間して対向するように、第1支持部13aと、第2支持部13bとを接合する(接合工程S140)。接合工程S140では、例えば図5(b)に示すように、第1支持部13aの上面と、第2支持部13bの上面とを接合する。このとき、各電極部12a、12b、各支持部13a、13b、及び中間部14は、各基板11a、11bに挟まれ、ギャップ部14aが形成される。

0090

接合工程S140では、例えば熱圧着接合法により各支持部13a、13bの上面同士を当接させて加熱することで、各支持部13a、13bを接合する。この場合、各電極部12a、12bにおける電極間ギャップは、各支持部13a、13bの厚さ、及び各電極部12a、12bの厚さに依存する。

0091

上述した工程を経て、本実施形態における熱電素子1が形成される。なお、形成された熱電素子1に、図1(a)に示す第1端子111、第2端子112、第1配線101、及び第2配線102等を接続することで、本実施形態における発電装置100を形成することができる。なお、例えば支持部形成工程S110を実施する前に、電極部形成工程S120を実施してもよい。

0092

本実施形態によれば、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0093

また、本実施形態によれば、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0094

また、本実施形態によれば、ナノ粒子141の直径は、電極間ギャップの1/10以下である。このため、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を容易に形成することができる。これにより、熱電素子1を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。

0095

また、本実施形態によれば、ナノ粒子141は、表面に設けられた絶縁膜141aを有する。このため、第1電極部12aから生成した電子eは、例えばトンネル効果等によりナノ粒子141間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量を増加させることが可能となる。

0096

また、本実施形態によれば、中間部14は、60℃以上の沸点を有する溶媒142を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子1が用いられた場合においても、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の気化に伴う熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。

0097

また、本実施形態によれば、中間部14は、ナノ粒子141のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子1が用いられた場合においても、溶媒142等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。

0098

また、本実施形態によれば、接合工程S140は、金属を含む第1支持部13aと、金属を含む第2支持部13bとを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0099

また、本実施形態によれば、電極部形成工程S120は、第1支持部13aと離間する第1電極部12aを形成し、第2支持部13bと離間する第2電極部12bを形成する。このため、各支持部13a、13bを接合するとき、各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部13a、13bの形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0100

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図6は、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図6(a)は、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図6(b)は、図6(a)における6B−6B線に沿った模式平面図である。

0101

上述した実施形態と、第2実施形態との違いは、貫通孔15と、封止部18とを有する点である。上述した構成と同様の構成については、説明を省略する。

0102

<<貫通孔15>>
貫通孔15は、例えば図6(a)に示すように、基板11を第1方向Zに貫通する。貫通孔15は、例えば第1電極部12a及び第2電極部12bの少なくとも何れかを、第1方向Zに貫通してもよい。

0103

貫通孔15は、例えば第1貫通孔15a及び第2貫通孔15bの少なくとも何れかを有し、1つ以上設けられる。第1貫通孔15aは、第1基板11aを第1方向Zに貫通し、例えば第1電極部12aを貫通する。第2貫通孔15bは、第2基板11bを第1方向Zに貫通し、例えば第2電極部12bを貫通する。

0104

貫通孔15は、例えば図6(b)に示すように、第1方向Zから見て、円状に形成されるほか、例えば楕円状又は溝状に形成されてもよい。貫通孔15は、熱電素子1の外部側から内部側に向かって狭まるテーパ状に形成されるほか、例えば逆テーパ状ボーイング状、又はストレート状に形成されてもよい。

0105

<<封止部18>>
封止部18は、貫通孔15の外部側を覆い、貫通された基板11上に設けられる。封止部18は、例えば少なくとも一部を貫通孔15内に設けられてもよい。封止部18は、第1封止部18a及び第2封止部18bの少なくとも何れかを有し、貫通孔15の数に応じて設けられる。

0106

封止部18の材料として、例えば絶縁性樹脂が用いられ、絶縁性樹脂の例としては、フッ素系絶縁性樹脂を挙げることができる。

0107

貫通孔15及び封止部18を有することで、例えば上述した熱電素子1の製造方法において、接合工程S140の後に中間部形成工程S130を行うことができる。すなわち、接合工程S140の後、少なくとも1つの貫通孔15から中間部14を充填し、他の貫通孔15から吸引真空引き)を行う。その後、封止部18を形成して、貫通孔15を塞ぐ。これにより、ギャップ部14aに対して中間部14を容易に形成することができ、例えば製造工程の簡略化が可能となる。

0108

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0109

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0110

また、本実施形態によれば、貫通孔15は、基板11を第1方向Zに貫通する。このため、貫通孔15を介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。

0111

(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図7は、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図7(a)は、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図7(b)は、図7(a)における7B−7B線に沿った模式平面図である。

0112

上述した第2実施形態と、第3実施形態との違いは、配線層16と、接続配線17とを有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

0113

<<配線層16>>
配線層16は、例えば図7に示すように、熱電素子1の外部側(表面)に設けられる。配線層16は、基板11における各電極部12a、12bが設けられる主面に対向する主面上に設けられる。

0114

配線層16は、例えば第1配線層16a及び第2配線層16bの少なくとも何れかを有する。第1配線層16aは、第1基板11aにおける第1主面11afに対向する面上に設けられる。すなわち、第1基板11aは、第1配線層16aと第1電極部12aとの間に挟まれる。第2配線層16bは、第2基板11bにおける第2主面11bfに対向する面上に設けられる。すなわち、第2基板11bは、第2配線層16bと第2電極部12bとの間に挟まれる。

0115

配線層16の第1方向Zに沿った厚さは、例えば100nm以上10μm以下である。配線層16の材料として、導電性材料が用いられ、例えば金が用いられるほか、金及びクロムの積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる。

0116

<<接続配線17>>
接続配線17は、貫通孔15を介して、各電極部12a、12b及び配線層16と電気的に接続される。接続配線17は、例えば貫通孔15の側面に設けられ、中間部14と接する。

0117

接続配線17は、例えば第1接続配線17a及び第2接続配線17bの少なくとも何れかを有する。第1接続配線17aは、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される。このため、第1接続配線17aと第1電極部12aとの接続箇所は、熱電素子1の内部側に設けられる。第2接続配線17bは、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される。このため、第2接続配線17bと第2電極部12bとの接続箇所は、熱電素子1の内部側に設けられる。上記接続箇所は、各接続配線17a、17bのうち特に劣化し易い部分であり、接続箇所を熱電素子1の内部側に設けることで、熱電素子1の耐久性を高めることが可能となる。

0118

接続配線17は、例えば貫通孔15の側面に、100nm以上10μm以下の厚さで形成される。接続配線17の材料として、導電性材料が用いられ、例えば金が用いられる。

0119

例えば第1封止部18aは、第1貫通孔15a、第1接続配線17a、及び第1配線層16aの少なくとも一部を覆う。このため、第1配線層16aと、第1接続配線17aとの接続箇所を、第1封止部18aにより覆うことができる。例えば第2封止部18bは、第2貫通孔15b、第2接続配線17b、及び第2配線層16bの少なくとも一部を覆う。このため、第2配線層16bと、第2接続配線17bとの接続箇所を、第2封止部18bにより覆うことができる。上記接続箇所は、各接続配線17a、17bのうち特に劣化し易い部分であり、且つ、熱電素子1の外部側に設けられるため、接続箇所を各封止部18a、18bにより覆うことで、熱電素子1の耐久性を高めることが可能となる。

0120

<第3実施形態:熱電素子1の製造方法>
次に、熱電素子1の製造方法の一例を、説明する。図8は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図9(a)〜図10(c)は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示す模式断面図である。

0121

図8に示すように、上述した実施形態と同様に、支持部形成工程S110、及び電極部形成工程S120を実施する(例えば図9(a))。

0122

<<配線層形成工程S150>>
次に、第1基板11aにおける第1主面11afに対向する面に、第1配線層16aを形成する(配線層形成工程S150)。配線層形成工程S150では、例えば図9(b)に示すように、第1配線層16aを形成すると同時、又は形成前後に、第2主面11bfに対向する面上に第2配線層16bを形成してもよい。各配線層16a、16bは、例えば第1方向Zから見て、四角形状に形成されるほか、例えば後述する貫通孔15を形成する部分を除いた形状に形成されてもよい。

0123

配線層形成工程S150では、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて、各配線層16a、16bを形成するほか、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。

0124

<<保護膜形成工程S160>>
次に、例えば図9(c)に示すように、第1電極部12a及び第2電極部12bを覆う保護膜9を形成してもよい(保護膜形成工程S160)。保護膜9は、例えば後述する各電極部12a、12bの対向する面を少なくとも覆い、後述する接続配線17と接続する箇所を露出した状態で形成されてもよい。なお、保護膜9は、各支持部13a、13bを覆うように形成されてもよい。保護膜9を形成することで、後の工程において各電極部12a、12bの表面を保護することができる。これにより、各電極部12a、12bの仕事関数の変化を防ぐことができる。

0125

保護膜形成工程S160では、例えばフォトリソグラフィー法を用いて、保護膜9をパターン状に形成する。保護膜9として、例えば公知のフォトレジストが用いられる。

0126

<<貫通孔形成工程S170>>
次に、第1基板11aを第1方向Zに貫通する第1貫通孔15aを形成する(貫通孔形成工程S170)。貫通孔形成工程S170では、例えば図9(d)に示すように、第1貫通孔15aを形成すると同時、又は形成前後に、第2基板11bを第1方向Zに貫通する第2貫通孔15bを形成してもよい。各貫通孔15a、15bは、例えば各基板11a、11bのうち、各電極部12a、12b及び各配線層16a、16bが形成されていない位置に形成される。なお、貫通孔形成工程S170において、各電極部12a、12b及び配線層16a、16bの少なくとも何れかの一部を除去し、各貫通孔15a、15bを形成してもよい。

0127

貫通孔形成工程S170では、例えばサンドブラスト法を用いて各貫通孔15a、15bを形成するほか、例えば異方性エッチング法等を用いて形成してもよい。なお、各貫通孔15a、15bの形成される位置及び数は、任意である。

0128

<<接続配線形成工程S180>>
次に、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される第1接続配線17aを形成する(接続配線形成工程S180)。接続配線形成工程S180では、例えば第1貫通孔15aが複数形成されている場合、少なくとも1つの第1貫通孔15aの側面に、第1接続配線17aを形成する。接続配線形成工程S180では、例えば図10(a)に示すように、第1接続配線17aを形成すると同時、又は形成前後に、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される第2接続配線17bを形成してもよい。

0129

接続配線形成工程S180では、例えばスパッタリング法を用いて各接続配線17a、17bを形成する。各接続配線17a、17bとして、例えば金が用いられる。

0130

なお、保護膜形成工程S160により保護膜9を形成した場合、例えば図10(b)に示すように、接続配線形成工程S180のあとに保護膜9を除去する。また、単一の基板11を用いて複数の各電極部12a、12b等を形成した場合、接続配線形成工程S180のあとに適宜分割する。

0131

次に、上述した実施形態と同様に、接合工程S140及び中間部形成工程S130を実施する(例えば図10(c))。なお、本実施形態によれば、接合工程S140の後に中間部形成工程S130を行うことができる。中間部形成工程S130では、例えば第1貫通孔15aを介して、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。中間部形成工程S130では、貫通孔15を介してナノ粒子等を充填すればよく、第1貫通孔15aの代わりに第2貫通孔15bを介してナノ粒子等を充填してもよい。

0132

その後、例えば図7(a)に示した封止部18等を形成し、本実施形態に係る熱電素子1が形成される。なお、形成された熱電素子1に各端子111、112、各配線101、102等を接続することで、本実施形態に係る発電装置100を形成することができる。なお、中間部形成工程S130を実施する前に、一部の貫通孔15を覆う封止部18を形成してもよい。

0133

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0134

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0135

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、貫通孔15は、基板11を第1方向Zに貫通する。このため、貫通孔15を介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。

0136

また、本実施形態によれば、第1接続配線17aは、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される。このため、第1接続配線17aは、熱電素子1の内部側で第1電極部12aと接続させることができる。これにより、第1電極部12aと接続される第1接続配線17aの劣化を抑制することが可能となる。

0137

また、本実施形態によれば、第2接続配線17bは、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される。このため、第2接続配線17bは、熱電素子1の内部側で第2電極部12bと接続させることができる。これにより、各電極部12a、12bと接続される各接続配線17a、17bの劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線17bは、第1接続配線17aと同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。

0138

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、接合工程S140は、金属を含む第1支持部13aと、金属を含む第2支持部13bとを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0139

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、電極部形成工程S120は、第1支持部13aと離間する第1電極部12aを形成し、第2支持部13bと離間する第2電極部12bを形成する。このため、各支持部13a、13bを接合するとき、各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部13a、13bの形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0140

また、本実施形態によれば、接続配線形成工程S180は、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される第1接続配線17aを形成する。このため、第1接続配線17aは、熱電素子1の内部側で第1電極部12aと接続させることができる。これにより、第1電極部12aと接続される第1接続配線17aの劣化を抑制することが可能となる。

0141

また、本実施形態によれば、貫通孔形成工程S170は、第1基板11aを第1方向Zに貫通する第1貫通孔15aを形成する。このため、第1貫通孔15aを介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。

0142

また、本実施形態によれば、接続配線形成工程S180は、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される第2接続配線17bを形成する。このため、第2接続配線17bは、熱電素子1の内部側で第2電極部12bと接続させることができる。これにより、各電極部12a、12bと接続される各接続配線17a、17bの劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線17bは、第1接続配線17aと同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。

0143

また、本実施形態によれば、保護膜形成工程S160は、第1電極部12a及び第2電極部12bを覆う保護膜9を形成する。このため、後の工程において各電極部12a、12bの表面を保護することができる。これにより、各電極部12a、12bの仕事関数の変化を防ぐことができ、電気エネルギーの発生量のバラつきを抑制することが可能となる。

0144

(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図11は、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図11(a)は、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図11(b)は、図11(a)における11B−11B線に沿った模式平面図であり、図11(c)は、第4実施形態に係る熱電素子1の変形例を示す模式平面図である。

0145

上述した第1実施形態と、第4実施形態との違いは、支持部13が第1支持群13fと、第2支持群13sとを有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

0146

支持部13は、例えば図11に示すように、第1支持群13fと、第2支持群13sとを有する。第1方向Zから見て、第1支持群13f及び第2支持群13sは、各電極部12a、12bを挟んで離間して設けられる。

0147

第1支持群13fは、第1支持部13aと、第2支持部13bとを有する。第2支持群13sは、第3支持部13cと、第4支持部13dとを有する。第3支持部13cは、第1主面11afと接し、第2主面11bfと離間する。第4支持部13dは、第2主面11bfと接し、第1主面11afと離間する。

0148

第1支持群13f及び第2支持群13sは、例えば図11(b)に示すように、第3方向Yに延在する。このとき、中間部14は、第1支持群13f、第2支持群13s、及び各支持群13f、13sの間に連接された一対の封止部21によって囲まれる。この場合、例えば上述した接合工程S140のあとに中間部形成工程S130を実施することができる。すなわち、接合工程S140のあと、各支持群13f、13sに囲まれていない空間を介して中間部14を形成し、封止部21を形成することで、熱電素子1を形成することができる。

0149

上述した各支持群13f、13sを設けることで、支持部13に用いる材料を削減することができる。これにより、材料コストの削減を実現することが可能となる。また、接合工程S140の実施に伴う溶媒142の蒸発等を確実に防ぐことが可能となる。

0150

上記のほか、例えば図11(c)に示すように、各支持群13f、13sは、第2方向X及び第3方向Yに延在してもよい。すなわち、各支持群13f、13sは、第1方向Zから見てL字状に設けられる。

0151

各支持群13f、13sをL字状に設けることで、第2方向Xにおける電極間ギャップのバラつきを抑制することができる。また、各支持群13f、13sが離間するため、上述した接合工程S140のあとに中間部形成工程S130を実施することができる。

0152

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0153

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0154

(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図12は、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図12(a)は、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図12(b)は、図12(a)における12B−12B線に沿った模式平面図である。

0155

上述した第4実施形態と、第5実施形態との違いは、引出配線19を有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

0156

<<引出配線19>>
引出配線19は、例えば図12に示すように、第1電極部12a及び支持部13と接する。このとき、熱電素子1の外部側で支持部13と接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。

0157

引出配線19の材料として、支持部13と同じ金属が用いられ、例えば金が用いられる。このため、上述した接合工程S140において、例えば熱圧着接合法を用いて、引出配線19と、支持部13とを当接させて加熱することで、容易に接合させることができる。

0158

引出配線19は、例えば第1引出配線19a、及び第2引出配線19bの少なくとも何れかを有する。第1引出配線19aは、第1電極部12a及び第1配線101と電気的に接続される。第2引出配線19bは、第2電極部12b及び第2配線102と電気的に接続される。

0159

第1引出配線19aは、例えば第1主面11af上に設けられ、第1電極部12a及び第1支持群13fと接する。第1引出配線19aは、例えば第1支持群13fと一体に設けられてもよい。このとき、熱電素子1の外部側で第1支持群13fと接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。

0160

例えば図12(b)に示すように、第1引出配線19aは、熱電素子1の内部側(ギャップ部14a)から外部側まで延在してもよい。このとき、外部側の第1引出配線19aと接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。なお、例えば第1基板11aにおける第2方向Xの幅を、第2基板11bにおける第2方向Xの幅よりも大きく設けることで、外部側の第1引出配線19aと接する第1端子111等を容易に設けることが可能となる。

0161

第2引出配線19bは、例えば第2主面11bf上に設けられ、第2電極部12b及び第2支持群13sと接する。第2引出配線19bは、例えば第2支持群13sと一体に設けられてもよい。このとき、熱電素子1の外部側で第2支持群13sと接する第2端子112等を設けることで、第2電極部12bと、第2配線102等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。

0162

引出配線19は、例えば第3引出配線19cを有してもよい。第3引出配線19cは、第1主面11af上に設けられ、熱電素子1の外部側において第2支持群13sと接する。すなわち、第3引出配線19cは、第2支持群13s、及び第2引出配線19bを介して、第2電極部12bと電気的に接続される。このとき、第3引出配線19cと接する第2端子112等を設けることで、第2電極部12bと、第2配線102等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。なお、例えば第1基板11aにおける第2方向Xの幅を、第2基板11bにおける第2方向Xの幅よりも大きく設けることで、第3引出配線19cと接する第2端子112等を容易に設けることが可能となる。また、第3引出配線19c及び第1引出配線19aの接続部を、同一面上に設けることができる。これにより、各引出配線19a、19cと外部配線との電気的接続や、熱電素子1の検査等を容易に実施することが可能となる。

0163

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

0164

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。

0165

また、本実施形態によれば、引出配線19は、第1電極部12a及び支持部13と接する。このため、第1電極部12aと、外部配線との電気的接続や、熱電素子1の検査を容易化することが可能となる。

0166

(第6実施形態)
<電子機器>
上述した熱電素子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。

0167

図13(a)〜図13(d)は、熱電素子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13(e)〜図13(h)は、熱電素子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。

0168

図13(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。

0169

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。

0170

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。

0171

補助電源503は、熱電素子である。熱電素子は、実施形態のそれぞれにおいて説明した熱電素子1の少なくとも1つを含む。熱電素子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。熱電素子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。

0172

図13(b)に示すように、主電源502は、熱電素子1とされてもよい。熱電素子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。熱電素子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13(b)に示す電子機器500は、主電源502として使用される熱電素子1と、熱電素子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。熱電素子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、熱電素子1は、環境発電型(エナジーハーベスト型)である。図13(b)に示す電子機器500は、電池の交換が不要である。

0173

図13(c)に示すように、電子部品501が熱電素子1を備えていてもよい。熱電素子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。熱電素子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、熱電素子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。

0174

図13(d)に示すように、電子部品501が熱電素子1を備えている場合、熱電素子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。

0175

図13(e)〜図13(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熱電素子1を含む。

0176

図13(d)に示した実施形態は、電子部品501が主電源502として使用される熱電素子1を備えている。同様に、図13(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、熱電素子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。熱電素子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。

0177

図13(a)〜図13(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熱電素子1と、熱電素子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。

0178

電子機器500は、独立した電源を備えた自律型オートマス型)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、熱電素子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。

0179

以上、この発明の実施形態のいくつかを説明したが、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。例えば、これらの実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。また、この発明は、上記いくつかの実施形態の他、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、上記いくつかの実施形態のそれぞれは、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この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、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

0180

1 :熱電素子
11 :基板
11a :第1基板
11af :第1主面
11b :第2基板
11bf :第2主面
12a :第1電極部
12b :第2電極部
13 :支持部
13a :第1支持部
13b :第2支持部
13c :第3支持部
13d :第4支持部
13f :第1支持群
13s :第2支持群
14 :中間部
14a :ギャップ部
141 :ナノ粒子
141a :絶縁膜
142 :溶媒
15 :貫通孔
15a :第1貫通孔
15b :第2貫通孔
16 :配線層
16a :第1配線層
16b :第2配線層
17 :接続配線
17a :第1接続配線
17b :第2接続配線
18 :封止部
18a :第1封止部
18b :第2封止部
19 :引出配線
19a :第1引出配線
19b :第2引出配線
19c :第3引出配線
21 :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
501 :電子部品
502 :主電源
503 :補助電源
9 :保護膜
R :負荷
S110 :支持部形成工程
S120 :電極部形成工程
S130 :中間部形成工程
S140 :接合工程
S150 :配線層形成工程
S160 :保護膜形成工程
S170 :貫通孔形成工程
S180 :接続配線形成工程
Z :第1方向
X :第2方向
Y :第3方向
e :電子

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