JP2005353753A - 熱電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】性能指数Ｚを改善した熱電材料よりなり、熱電変換効率の優れた熱電素子を提供すること。
【解決手段】熱電素子は、第１の熱電材料１１ｐよりなるＰ型半導体素子ブロック１０ｐと、第２の熱電材料１１ｎよりなるＮ型半導体素子ブロック１０ｎとを電気的に接続したものである。Ｐ型半導体素子ブロック１０ｐは、熱伝導率κ１、電気伝導率σ１である第１の熱電材料１１ｐと、熱伝導率κａ及び電気伝導率σａが（κａ＜κ１）、かつ、（κａ／κ１）＜（σａ／σ１）を満たす第１の添加材料１２ｐとを一体的に焼結したものである。Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎは、熱伝導率κ２、電気伝導率σ２である第２の熱電材料１１ｎと、熱伝導率κｂ及び電気伝導率σｂが（κｂ＜κ２）、かつ、（κｂ／κ２）＜（σｂ／σ２）を満たす第２の添加材料１２ｎとを一体的に焼結したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子とを組み合わせて構成した熱電素子に関する。

従来より、熱電材料よりなるＰ型半導体素子とＮ型半導体素子とを組み合わせた熱電素子がある（例えば、特許文献１参照。）。この熱電素子が奏するペルチェ効果によれば、供給した電気エネルギーを熱エネルギーに変換できる。また、熱電素子が奏するゼーベック効果によれば、Ｐ型半導体素子とＮ型半導体素子との接合箇所に作用した温度差に応じて、電気エネルギーを発生させることができる。ここで、熱電素子の熱電変換効率は、Ｚ＝Ｓ²・（σ／κ）で表現される熱電材料の性能指数Ｚに依存している。なお、κ：熱伝導率、σ：電気伝導率、Ｓ：ゼーベック係数（熱電材料の固有値。）である。

しかしながら、上記従来の熱電素子では、次のような問題がある。すなわち、熱電材料の上記性能指数Ｚが十分に高くなく、十分な熱電変換効率が得られないおそれがある。それ故、例えば、熱電素子を用いて構成した熱電変換装置では、その装置規模に対して十分な熱量あるいは電力を得られないおそれがある。

特開平８−３０６９６６号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、性能指数Ｚを改善した熱電材料よりなり、熱電変換効率の優れた熱電素子を提供しようとするものである。

本発明は、第１の熱電材料よりなるＰ型半導体素子ブロックと、第２の熱電材料よりなるＮ型半導体素子ブロックとを電気的に接続した熱電素子において、
上記Ｐ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ１、電気伝導率σ１である上記第１の熱電材料と、熱伝導率κａ及び電気伝導率σａが（κａ＜κ１）、かつ、（κａ／κ１）＜（σａ／σ１）を満たす第１の添加材料とを一体的に焼結してなり、
上記Ｎ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ２、電気伝導率σ２である上記第２の熱電材料と、熱伝導率κｂ及び電気伝導率σｂが（κｂ＜κ２）、かつ、（κｂ／κ２）＜（σｂ／σ２）を満たす第２の添加材料とを一体的に焼結してなることを特徴とする熱電素子にある（請求項１）。

本発明の熱電素子を構成する上記Ｐ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ１、電気伝導率σ１である第１の熱電材料に対して、熱伝導率κａ及び電気伝導率σａが（κａ＜κ１）、かつ、（κａ／κ１）＜（σａ／σ１）を満たす第１の添加材料を添加し、一体的に焼結してなるものである。一方、上記Ｎ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ２、電気伝導率σ２である第２の熱電材料に対して、熱伝導率κｂ及び電気伝導率σｂが（κｂ＜κ２）、かつ、（κｂ／κ２）＜（σｂ／σ２）を満たす第２の添加材料を添加し、一体的に焼結してなるものである。

そのため、上記各半導体素子ブロックでは、上記各熱電材料よりも熱伝導率κが低い上記各添加材料を添加して焼結することで、上記第１或いは上記第２の熱電材料のみを焼結した場合と比べて熱伝導率κを低くできる。ここで、上記各添加材料は、熱電材料と比べて熱伝導率κが低くなっている割合に対して、上記のごとく、電気伝導率σの低下割合が抑制されたものである。そのため、上記熱電材料と上記添加材料とを一体的に焼結した上記各半導体素子ブロックでは、熱電材料の性能指数Ｚの定義式（Ｚ＝Ｓ^２・（σ／κ））のうち（σ／κ）の項が大きくなる。そしてそれ故、上記添加材料を上記熱電材料に添加して焼結した上記各半導体素子ブロックは、その性能指数Ｚが高くなり、これら半導体素子ブロックを組み合わせた熱電素子は、熱電変換効率に優れたものとなる。

以上のように、本発明の熱電素子は、上記添加材料を上記熱電材料に添加して一体的に焼結した上記半導体素子ブロックを組み合わせてなり、高い熱電変換効率を有するものである。

本発明においては、上記第１の添加材料及び上記第２の添加材料は、フラーレンであることが好ましい（請求項２）。
ダイヤモンドやグラファイト等と同じ炭素同素体であるフラーレンは、熱伝導率が高いという特徴を有する材料である。例えば、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ等の熱電材料と比べて、フラーレンでは、電気伝導率σに対して、熱伝導率κが格段に低減されている。そのため、各熱電材料にフラーレンを添加して形成した各半導体素子ブロックでは、電気伝導率σをある程度維持しながら、熱伝導率κを効果的に抑えることができる。それ故、フラーレンを添加して焼結した各半導体素子ブロックは、性能指数Ｚが大きくなり、これら半導体素子ブロックを用いて構成した熱電素子は、熱電変換効率に優れたものとなる。

また、１００重量％の上記フラーレンは、９９重量％以上のＣ₆₀を含有することが好ましい（請求項３）。
Ｃ₆₀フラーレンは、熱伝導率が低いという特徴を有するため、本発明に用いるフラーレンとして特に有効である。

また、上記フラーレンの平均粒径は、１分子径以上１００ｎｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記フラーレンを均一性高くナノ分散させることで電気伝導率の減少を抑制でき、本発明の作用効果を一層、高めることができる。一方、上記フラーレンの平均粒径が、１００ｎｍを超えると、電気伝導率の減少が大きくなるおそれがある。

また、上記第１の熱電材料は、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ及びＳｉＧｅ（ＧａＰ）のうちのいずれかであり、上記第２の熱電材料は、ＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）及びＰｂＴｅのうちのいずれかであることが好ましい（請求項５）。
これらの熱電材料は、高い性能指数Ｚを有するものである。そして、これらの熱電材料に上記第１の添加材料あるいは上記第２の添加材料を添加して焼結すれば、性能指数Ｚをさらに向上した半導体素子ブロックを得ることができる。そして、これらの半導体素子ブロックを組み合わせれば、熱電変換効率に優れた熱電素子を得る。

また、１００重量％の上記Ｐ型半導体素子ブロック又は上記Ｎ型半導体素子ブロックに対して、上記第１の添加材料あるいは上記第２の添加材料の含有比率が１重量％以上５重量％以下であることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記各半導体素子ブロック中の上記各添加材料の含有比率を適切にすることで、これらの半導体素子ブロックを組み合わせた熱電素子の熱電変換性能を高くすることができる。一方、各添加材料の含有比率が、５重量％を超えると、熱伝導率の低減効果が飽和するおそれがある。また、各添加材料の含有比率が１重量％未満であると、添加材料を添加することで性能指数Ｚを改善するという作用効果が十分に得られないおそれがある。

（実施例１）
本例は、フラーレンを添加した熱電材料を用いて形成した熱電素子１０に関する例である。この内容について、図１〜図６を用いて説明する。
本例の熱電素子１０は、図１及び図２に示すごとく、第１の熱電材料１１ｐよりなるＰ型半導体素子ブロック１０ｐと、第２の熱電材料１１ｎよりなるＮ型半導体素子ブロック１０ｎとを電気的に接続したものである。
Ｐ型半導体素子ブロック１０ｐは、熱伝導率κ１、電気伝導率σ１である第１の熱電材料１１ｐと、熱伝導率κａ及び電気伝導率σａが（κａ＜κ１）、かつ、（κａ／κ１）＜（σａ／σ１）を満たす第１の添加材料１２ｐとを一体的に焼結したものである。
また、Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎは、熱伝導率κ２、電気伝導率σ２である第２の熱電材料１１ｎと、熱伝導率κｂ及び電気伝導率σｂが（κｂ＜κ２）、かつ、（κｂ／κ２）＜（σｂ／σ２）を満たす第２の添加材料１２ｎとを一体的に焼結したものである。
以下に、この内容について詳しく説明する。

本例のＰ型半導体素子ブロック１０ｐを形成した上記第１の熱電材料１１ｐは、図１に示すごとく、ＺｎＳｂである。そして、このＰ型半導体素子ブロック１０ｐは、第１の熱電材料１１ｐであるＺｎＳｂと、第１の添加材料１２ｐであるフラーレンＣ₆₀とを一体的に焼結したものである。一方、本例のＮ型半導体素子ブロック１０ｎを形成した上記第２の熱電材料１１ｎは、ＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15である。そして、このＮ型半導体素子ブロック１０ｎは、第２の熱電材料１１ｎであるＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15と、第２の添加材料１２ｐであるフラーレンＣ₆₀とを一体的に焼結したものである。このように、本例では、第１の添加材料１２ｐ、第２の添加材料１２ｎとして、共に、フラーレンＣ₆₀を採用している。これに代えて、第１の添加材料１２ｐ、第２の添加材料１２ｎとして、異なる材料を採用することもできる。

そして、本例の熱電素子１０は、図２に示すごとく、上記のＰ型半導体素子ブロック１０ｐと、上記のＮ型半導体素子ブロック１０ｎとを、相互に対面する一対の伝熱板１５、１６の間に並列配置したものである。
なお、本例では、上記第１の熱電材料１１ｐ（図１）としてＺｎＳｂを用いたが、これに代えて、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）等の熱電材料を用いることもできる。また、本例では、上記第２の熱電材料１１ｎ（図１）としてＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15を用いたが、これに代えて、ＣｏＳｂ_３、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）及びＰｂＴｅ等の熱電材料を用いることもできる。

本例の熱電素子１０においては、図２に示すごとく、一方の伝熱板１５に対して、電気絶縁層（図示略）を挟んで対面する導電シート１５０を介してＰ型半導体素子ブロック１０ｐとＮ型半導体素子ブロック１０ｎとが電気的に接続されている。そして、他方の伝熱板１６に対して、電気絶縁層を挟んで対面する第１の導電シート１６１を介してＰ型半導体素子ブロック１０ｐが外部機器等と電気的に接続されており、同様に配設された第２の導電シート１６２を介してＮ型半導体素子ブロック１０ｎが外部機器等と電気的に接続されている。なお、上記外部機器等は、熱電発電（ゼーベック効果）を行う場合には、例えば、ライトやモータ等の電力負荷であり、ペルチェ効果を利用した電子冷却等を行う場合には、例えば、車載バッテリの充電回路等である。なお、複数の熱電素子１０を並列配置する場合には、上記第１の導電シート１６１及び上記第２の導電シート１６２は、隣り合う他の熱電素子に接続される。

この熱電素子１０を製造する方法について図３を用いて説明する。本例の熱電素子１０を製造するに当たっては、まず、各半導体素子ブロック１０ｐ、１０ｎ（図２）を作製する。ここでは、Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎの作製手順を例にして説明する。なお、Ｐ型半導体素子１０ｐについても、ベースとなる熱電材料をＺｎＳｂに変更した同様の手順によって作製することができる。

Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎを作製するに当たっては、まず、原料であるＣｏ、Ｓｂ及びＴｅを秤量してボールミル２２用の混合容器２１に収容する（同図（ａ）。）。そして、この混合容器２１をボールミル２２にセットし、５時間混合して各原料を十分に混合させて混合原料を得た（同図（ｂ）。）。なお、本例では、混合原料１００重量％中に、１３．８重量％のＣｏと、８１．７重量％のＳｂと、４．５重量％のＴｅとが含まれるように各原料を混合した。

次に、ダイス２３２とパンチ２３１とを有するホットプレス装置２３を用い、上記の混合原料を焼結させた（同図（ｃ）。）。本例では、Ａｒという弱還元雰囲気下において、温度６００〜８００度、圧力３５０ｋｇ／平方ｃｍを作用しながら、４〜５時間かけて上記混合原料を焼結させた。

次に、上記のように焼結させた焼結体１０１からカーボンを除去するカーボン除去処理（同図（ｄ）。）を実施し、その後、粉砕装置２４を用いて焼結体１０１を粉砕することにより、平均粒径９０μｍの粉状の第２の熱電材料１１ｎを得た（同図（ｅ）。）。そして、この粉状の第２の熱電材料１１ｎに対して、上記第２の添加材料１２ｎとして平均粒径８０ｎｍのフラーレンＣ₆₀を添加（同図（ｆ）、（ｇ）。）し、上記と同様、ボールミル２２を用いて４〜５時間かけて十分に混合させた（同図（ｈ）。）。ここで、本例では、１００重量％の半導体素子ブロック１０ｎに対して、フラーレンＣ₆₀の含有比率が３重量％となるように、粉状の熱電材料１１ｎとフラーレンＣ₆₀とを混合した。

その後、この混合原料を、上記と同様、ホットプレス装置を用いて焼結させて焼結体１０２を得た（同図（ｉ）。）。上記Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎは、この焼結体１０２を適宜、加工することにより形成したものである。このように、粉状のＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15にフラーレンＣ₆₀を十分に混合して焼結すれば、ＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15中にフラーレンＣ₆₀が均一性高く分散されて、両者が一体的に焼結した焼結体１０２を得る。
そして、上記熱電素子１０（図２）は、相互に対面して配置した一対の伝熱板１５、１６の間隙に、上記のＮ型半導体素子ブロック１０ｎと、同様の手順により作製したＰ型半導体素子ブロック１０ｐとを並列配置したものである。

以上のように作製したＮ型半導体素子ブロック１０ｎの特性を実測した結果を、図４〜図６に示す。なお、これらの図では、本例のＮ型半導体素子ブロック１０ｎ（フラーレンＣ₆₀を添加したもの。）の結果を実線に示すと共に、参考データとしてフラーレンＣ₆₀を添加してないＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15のみよりなる半導体素子ブロックの結果を点線で示す。

図４は、熱伝導率κを示すグラフである。同図では、縦軸に熱伝導率κを示し、横軸に温度を示してある。図５は、比抵抗（電気伝導率σの逆数）を示すグラフである。同図では、縦軸に比抵抗（１／σ）を示し、横軸に温度を示してある。さらに、図６には、性能指数Ｚと温度Ｔとの積である無次元性能指数ＺＴを示してある。同図には、縦軸に無次元性能指数ＺＴを示し、横軸に温度を示してある。

図６より知られるように、本例のＮ型半導体素子ブロック１０ｎは、フラーレンＣ₆₀を添加しない半導体素子ブロック（図中、点線で示す。）と比べて、性能指数Ｚと温度Ｔとの積である無次元性能指数ＺＴが優れている。これは、フラーレンＣ₆₀を添加した本例のＮ型半導体素子ブロック１０ｎでは、ＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15のみから形成した半導体素子ブロックと比べて、比抵抗（１／σ）が大きくなっている一方（図５参照。）、それを補って余りあるほど熱伝導率κが改善（低減）されている（図４参照。）からである。
なお、フラーレンＣ₆₀を添加したＰ型半導体素子ブロック１０ｐについても、フラーレンＣ₆₀を添加してない半導体素子ブロックとの対比において、Ｎ型半導体素子ブロック１０ｎの場合と同様の結果を得ている。

このように本例の熱電素子１０を構成した各半導体素子ブロック１０ｐ、１０ｎは、性能指数Ｚに優れたものである。それ故、フラーレンＣ₆₀を添加した各半導体素子ブロック１０ｐ、１０ｎを組み合わせて構成した本例の熱電素子１０は、優れた熱電変換効率を有するものとなる。
なお、本例のフラーレンＣ₆₀に代えて、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８２、Ｃ_８４、Ｃ_９０、Ｃ_９４、Ｃ_９６等を用いることも有効である。

（実施例２）
本例は、実施例１の熱電素子を用いて構成した自動車エンジン６用の排熱回収装置３１に関する例である。この内容について、図７〜図１０を用いて説明する。
本例の排熱回収装置３１は、図７及び図８に示すごとく、自動車のエンジン６の排気経路６１中、触媒装置６２の上流側に隣接して組み込まれたものである。この排熱回収装置３１は、排気経路６１に接続される排気経路３１０と熱電モジュール３２とよりなる。なお、本例の排熱回収装置３１では、排気経路３１０を、複数の熱電モジュール３２によって形成してある。

また、排熱回収装置３１では、図７に示すごとく、熱電モジュール３２の各熱電素子３３と電気的に接続した一対のリード線３１８は、変換回路３１７を介してバッテリ３１６に接続してある。また、変換回路３１７は、ＥＣＵ３１４の指示に基づいて、熱電モジュール３２による熱電発電を適切なタイミングで実行させるように構成してある。なお、本例の排熱回収装置３１は、温度センサ３１９で計測した排ガス温度が所定以上であるときに、熱電発電を実施するように構成してある。

熱電モジュール３２は、図９及び図１０に示すごとく、略円環平板状のＰ型半導体素子ブロック３３ｐと、略円環平板状のＮ型半導体素子ブロック３３ｎと、略円環平板状の断熱支持部材３４１、３４２とを、交互に積層した積層構造を呈するものである。そして、この熱電モジュール３２の内周側には、排気ガスを流動させる排気管部３２０を形成してある。本例の熱電モジュール３２では、排気管部３２０に面して高温側端部３２１が形成され、外周側に面して低温側端部３２２が形成されている。

熱電モジュール３２では、図１０に示すごとく、断熱支持部材３４１、３４２と、これに対して交互に積層したＰ型半導体素子ブロック３３ｐとＮ型半導体素子ブロック３３ｎとの組み合わせにより熱電素子３３の最小単位を形成してある。そして、本例の熱電モジュール３２では、上記の組み合わせを、排気管部３２０の長手方向に複数、積層してある。

断熱支持部材３４１、３４２は、電気的な絶縁性の高いシリカアルミナ系のファイバーを略円環平板状に形成したものである。この断熱支持部材３４１は、材質アルミよりなる高温側熱交換部３２１ｆを内周側に嵌合するように構成してある。断熱支持部材３４２は、材質アルミよりなる低温側熱交換部３２２ｆを外周側に嵌合するように構成してある。そして、本例では、Ｐ型半導体素子ブロック３３ｎとＮ型半導体素子ブロック３３ｐとを電気的に接続する電極部材３５１、３５２として、断熱支持部材３４１、３４２の外表面の一部にスパッタ膜（以下、適宜スパッタ膜３５１、３５２と記載する。）を形成してある。

第１の断熱支持部材３４１では、図１０に示すごとく、その両側面の外周縁部及び外周面に、導電性材料であるＰｔ（白金）をスパッタリングにより成膜したスパッタ膜３５１を形成してある。また、第２の断熱支持部材３４２では、その両側面の内周縁部及び内周面に、導電性材料であるＰｔ（白金）をスパッタリングにより成膜したスパッタ膜３５２を形成してある。

高温側熱交換部３２１ｆは、略リング状を呈する部材である。そして、その外周形状は、上記第１の断熱支持部材３４１の内周形状に略一致しており、該第１の断熱支持部材３４１の内周側に嵌合可能なようにしてある。また、高温側熱交換部３２１ｆは、中心に向けて突出すると共に排気管部３２０の長手方向に沿う尾根形状を呈するリブを、内周面の周方向に複数設けてなる。このリブは、吸熱フィンとして機能し、熱交換効率の向上に役立つものである。また、低温側熱交換部３２２ｆは、内周側に、上記第２の断熱支持部材３４２の外形状に略一致した略円形状の穴を設けてなり、該第２の断熱支持部材３４２の外周側に嵌合するように構成した略正方形状を呈する部材である。

なお、本例では、隣り合って積層したＰ型半導体素子ブロック３３ｐとＮ型半導体素子ブロック３３ｎとが各熱交換部３２１ｆ、３２２ｆを介して電気的に短絡しないよう、各熱交換部３２１ｆ、３２２ｆの外表面のうちの少なくとも両側面（積層面）には、電気的絶縁を図ると共に熱電導性を維持するためのアルミナ溶射膜（図示略）を設けてある。

熱電モジュール３２は、図９及び図１０に示すごとく、低温側熱交換部３２２ｆを外挿した第２の断熱支持部材３４２と、Ｐ型半導体素子ブロック３３ｐと、高温側熱交換部３２１ｆを内挿した第１の断熱支持部材３４１と、Ｎ型半導体素子ブロック３３ｎとを、この積層順を維持しながら所定の枚数、積層したものである。

この熱電モジュール３２では、各半導体素子ブロック３３ｐ、３３ｎは、その高温側端部３２１が、隣接する第２の断熱支持部材３４２の内周縁部及び内周面に形成したスパッタ膜３５２と当接すると共に、その低温側端部３２２が、隣接する第１の断熱支持部材３４１の外周縁部及び外周面に形成したスパッタ膜３５１と当接する。一方、各断熱支持部材３４１、３４２の積層面のうちスパッタ膜３５１、３５２を形成してない部分及び、熱交換部３２１ｆ、３２２ｆの積層面では、電気的な絶縁性を確保してある。

したがって、熱電モジュール３２では、第２の断熱支持部材３４２のスパッタ膜３５２とＰ型半導体素子ブロック３３ｐの高温側端部３２１との電気的な接点を経て、Ｐ型半導体素子ブロック３３ｐの内部を通り、その低温側端部３２２と第１の断熱支持部材３４１のスパッタ膜３５１との電気的な接点を経て、Ｎ型半導体素子ブロック３３ｎの内部を通って、該Ｎ型半導体素子ブロック３３ｎの高温側端部３２１と第２の断熱支持部材３４２のスパッタ膜３５２との電気的な接点を経て、再び、別のＰ型半導体素子ブロック３３ｐの高温側端部３２１に至るという一方向の電気的な経路が形成される。

以上のように、本例の熱電モジュール３２は、フラーレンＣ₆₀が添加され、性能指数Ｚが改善された熱電材料よりなり、熱電変換効率に優れる熱電素子３３を利用したものである。そして、この熱電モジュール３２を用いて構成した本例の排熱回収装置３１は、優れた熱電性能を有するものとなる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。

実施例１における、半導体素子ブロックの粒子構造を示す構造図。 実施例１における、熱電素子を示す側面図。 実施例１における、半導体素子ブロックを製造する工程を説明する説明図。 実施例１における、半導体素子ブロックの熱伝導率を示すグラフ。 実施例１における、半導体素子ブロックの比抵抗（電気伝導率の逆数）を示すグラフ。 実施例１における、半導体素子ブロックの無次元性能指数を示すグラフ。 実施例２における、排熱回収装置を含むシステムのシステム構成を示す構成図。 実施例２における、排熱回収装置を示す斜視図。 実施例２における、熱電モジュールを示す斜視図（一部断面。）。 実施例２における、熱電モジュールの断面構造を拡大して示す断面図。

符号の説明

１０ 熱電素子
１０ｐ、３３ｐ Ｐ型半導体素子ブロック
１０ｎ、３３ｎ Ｎ型半導体素子ブロック
１１ｐ 第１の熱電材料
１１ｎ 第２の熱電材料
１２ｐ 第１の添加材料
１２ｎ 第２の添加材料
３１ 排熱回収装置
３２ 熱電モジュール

Claims (6)

1. 第１の熱電材料よりなるＰ型半導体素子ブロックと、第２の熱電材料よりなるＮ型半導体素子ブロックとを電気的に接続した熱電素子において、
   上記Ｐ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ１、電気伝導率σ１である上記第１の熱電材料と、熱伝導率κａ及び電気伝導率σａが（κａ＜κ１）、かつ、（κａ／κ１）＜（σａ／σ１）を満たす第１の添加材料とを一体的に焼結してなり、
   上記Ｎ型半導体素子ブロックは、熱伝導率κ２、電気伝導率σ２である上記第２の熱電材料と、熱伝導率κｂ及び電気伝導率σｂが（κｂ＜κ２）、かつ、（κｂ／κ２）＜（σｂ／σ２）を満たす第２の添加材料とを一体的に焼結してなることを特徴とする熱電素子。
2. 請求項１において、上記第１の添加材料及び上記第２の添加材料は、フラーレンであることを特徴とする熱電素子。
3. 請求項２において、１００重量％の上記フラーレンは、９９重量％以上のＣ₆₀を含有することを特徴とする熱電素子。
4. 請求項２又は３において、上記フラーレンの平均粒径は、１分子径以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする熱電素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、上記第１の熱電材料は、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ及びＳｉＧｅ（ＧａＰ）のうちのいずれかであり、上記第２の熱電材料は、ＣｏＳｂ_2.85Ｔｅ_0.15、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）及びＰｂＴｅのうちのいずれかであることを特徴とする熱電素子。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、１００重量％の上記Ｐ型半導体素子ブロック又は上記Ｎ型半導体素子ブロックに対して、上記第１の添加材料あるいは上記第２の添加材料の含有比率が１重量％以上５重量％以下であることを特徴とする熱電素子。

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