[go: up one dir, main page]

JP7631188B2 - Thermoelectric conversion material layer and method for producing same - Google Patents

Thermoelectric conversion material layer and method for producing same Download PDF

Info

Publication number
JP7631188B2
JP7631188B2 JP2021511900A JP2021511900A JP7631188B2 JP 7631188 B2 JP7631188 B2 JP 7631188B2 JP 2021511900 A JP2021511900 A JP 2021511900A JP 2021511900 A JP2021511900 A JP 2021511900A JP 7631188 B2 JP7631188 B2 JP 7631188B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
material layer
conversion material
thermoelectric conversion
thermoelectric
thermoelectric semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021511900A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2020203612A1 (en
Inventor
佑太 関
昌也 戸▲高▼
邦久 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lintec Corp
Original Assignee
Lintec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lintec Corp filed Critical Lintec Corp
Publication of JPWO2020203612A1 publication Critical patent/JPWO2020203612A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7631188B2 publication Critical patent/JP7631188B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/856Thermoelectric active materials comprising organic compositions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/857Thermoelectric active materials comprising compositions changing continuously or discontinuously inside the material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

本発明は、熱電変換材料層及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thermoelectric conversion material layer and a method for manufacturing the same.

従来から、エネルギーの有効利用手段の一つとして、ゼーベック効果やペルチェ効果などの熱電効果を有する熱電変換モジュールにより、熱エネルギーと電気エネルギーとを直接相互変換するようにした装置がある。
前記熱電変換モジュールとして、いわゆるπ型の熱電変換素子の使用が知られている。π型は、互いに離間するー対の電極を基板上に設け、例えば、―方の電極の上にP型熱電素子を、他方の電極の上にN型熱電素子を、同じく互いに離間して設け、両方の熱電材料の上面を対向する基板の電極に接続することで構成されている。また、いわゆるインプレーン型の熱電変換素子の使用が知られている。インプレーン型は、P型熱電素子とN型熱電素子とが基板の面内方向に交互に設けられ、例えば、両熱電素子間の接合部の下部を電極を介在し直列に接続することで構成されている。
このような中、熱電変換モジュールの屈曲性向上、薄型化及び熱電性能の向上等の要求がある。これらの要求を満足するために、例えば、熱電変換モジュールに用いる基板として、ポリイミド等の樹脂基板が耐熱性及び屈曲性の観点から使用されている。また、N型の熱電半導体材料、P型の熱電半導体材料としては、熱電性能の観点から、ビスマステルライド系材料が用いられ、例えば、屈曲性、薄型化の観点から、樹脂及び熱電半導体材料を含む熱電半導体組成物としてスクリーン印刷法等を用い塗布膜の態様で形成している。(特許文献1等)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as one of the means for effectively utilizing energy, there has been a device that directly converts thermal energy into electrical energy and vice versa using a thermoelectric conversion module having a thermoelectric effect such as the Seebeck effect or the Peltier effect.
As the thermoelectric conversion module, the use of so-called π-type thermoelectric conversion elements is known. The π-type is configured by providing a pair of electrodes spaced apart from each other on a substrate, for example, providing a P-type thermoelectric element on one electrode and an N-type thermoelectric element on the other electrode, also spaced apart from each other, and connecting the upper surfaces of both thermoelectric materials to the electrodes of the opposing substrate. Also, the use of so-called in-plane type thermoelectric conversion elements is known. The in-plane type is configured by alternately providing P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements in the in-plane direction of the substrate, for example, by connecting the lower parts of the junctions between the two thermoelectric elements in series with an electrode interposed therebetween.
In this situation, there is a demand for improved flexibility, thinning, and improved thermoelectric performance of thermoelectric conversion modules. To meet these demands, for example, resin substrates such as polyimide are used as substrates for thermoelectric conversion modules from the viewpoint of heat resistance and flexibility. In addition, bismuth telluride-based materials are used as N-type and P-type thermoelectric semiconductor materials from the viewpoint of thermoelectric performance, and for example, a thermoelectric semiconductor composition containing a resin and a thermoelectric semiconductor material is formed in the form of a coating film by screen printing or the like from the viewpoint of flexibility and thinning (Patent Document 1, etc.).

国際公開2016/104615号公報International Publication No. 2016/104615

しかしながら、熱電変換モジュールに用いる熱電半導体材料が、樹脂及び熱電半導体材料等を含む熱電半導体組成物から塗布膜の態様で熱電変換材料層として形成されるため、得られる熱電変換材料層にあっては、高い電気伝導率を十分に得ることができず、熱電性能が十分でなかった。However, because the thermoelectric semiconductor material used in the thermoelectric conversion module is formed as a thermoelectric conversion material layer in the form of a coating film from a thermoelectric semiconductor composition containing a resin, a thermoelectric semiconductor material, etc., the resulting thermoelectric conversion material layer was unable to obtain a sufficiently high electrical conductivity and had insufficient thermoelectric performance.

本発明は、上記を鑑み、熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層中の熱電変換材料の電気伝導率が向上された、熱電性能の高い熱電変換材料層及びその製造方法を提供することを課題とする。In view of the above, the present invention aims to provide a thermoelectric conversion material layer having high thermoelectric performance, in which the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material in the thermoelectric conversion material layer consisting of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition is improved, and a method for manufacturing the same.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、熱電半導体組成物の塗布膜には空隙が多く内包されており、これらの体積を減少させることで、熱電変換材料の充填率が高い熱電変換材料層が、高い電気伝導率を与えることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の(1)~(10)を提供するものである。
(1)熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層であって、前記熱電変換材料層は空隙を有し、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積における前記熱電半導体組成物の面積の占める割合を充填率としたときに、前記充填率が、0.800以上1.000未満である、熱電変換材料層。
(2)前記熱電半導体組成物は熱電半導体材料を含み、該熱電半導体材料がビスマス-テルル系熱電半導体材料、テルライド系熱電半導体材料、アンチモン-テルル系熱電半導体材料、又はビスマスセレナイド系熱電半導体材料である、上記(1)に記載の熱電変換材料層。
(3)前記熱電半導体組成物が、さらに、耐熱性樹脂を含む、上記(1)又は(2)に記載の熱電変換材料層。
(4)前記耐熱性樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、又はエポキシ樹脂である、上記(1)~(3)のいずれかに記載の熱電変換材料層。
(5)前記熱電半導体組成物が、さらに、イオン液体及び/又は無機イオン性化合物を含む、上記(1)~(4)のいずれかに記載の熱電変換材料層。
(6)前記熱電変換材料層の厚さが、1~1000μmである、上記(1)~(5)のいずれかに記載の熱電変換材料層。
(7)前記充填率が、0.850~0.999である、上記(1)~(6)のいずれかに記載の熱電変換材料層。
(8)熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層を製造する方法であって、(A)熱電変換材料層を形成する工程、(B)前記(A)の工程で得られた前記熱電変換材料層を乾燥する工程、(C)前記(B)の工程で得られた乾燥後の前記熱電変換材料層を加圧する工程、及び(D)前記(C)の工程で得られた加圧された熱電変換材料層をアニール処理する工程、を含む、熱電変換材料層の製造方法。
(9)前記アニール処理の温度が、250~600℃で行われる、上記(8)に記載の熱電変換材料層の製造方法。
(10)前記加圧が、1.0~60MPaで行われる、上記(8)又は(9)に記載の熱電変換材料層の製造方法。
As a result of intensive research by the inventors to solve the above problems, they discovered that a coating film of a thermoelectric semiconductor composition contains many voids, and that by reducing the volume of these voids, a thermoelectric conversion material layer having a high filling rate of thermoelectric conversion material can be obtained, thereby providing high electrical conductivity, and thus completed the present invention.
That is, the present invention provides the following (1) to (10).
(1) A thermoelectric conversion material layer comprising a coating film of a thermoelectric semiconductor composition, the thermoelectric conversion material layer having voids, and a filling rate defined as a ratio of an area of the thermoelectric semiconductor composition to an area of a longitudinal cross section including a center of the thermoelectric conversion material layer, the filling rate being equal to or greater than 0.800 and less than 1.000.
(2) The thermoelectric conversion material layer according to (1) above, wherein the thermoelectric semiconductor composition contains a thermoelectric semiconductor material, and the thermoelectric semiconductor material is a bismuth-tellurium-based thermoelectric semiconductor material, a telluride-based thermoelectric semiconductor material, an antimony-tellurium-based thermoelectric semiconductor material, or a bismuth selenide-based thermoelectric semiconductor material.
(3) The thermoelectric conversion material layer according to (1) or (2) above, wherein the thermoelectric semiconductor composition further contains a heat-resistant resin.
(4) The thermoelectric conversion material layer according to any one of (1) to (3) above, wherein the heat-resistant resin is a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, or an epoxy resin.
(5) The thermoelectric conversion material layer according to any one of (1) to (4) above, wherein the thermoelectric semiconductor composition further contains an ionic liquid and/or an inorganic ionic compound.
(6) The thermoelectric conversion material layer according to any one of (1) to (5) above, wherein the thermoelectric conversion material layer has a thickness of 1 to 1000 μm.
(7) The thermoelectric conversion material layer according to any one of (1) to (6) above, wherein the filling rate is 0.850 to 0.999.
(8) A method for producing a thermoelectric conversion material layer consisting of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition, comprising: (A) a step of forming a thermoelectric conversion material layer; (B) a step of drying the thermoelectric conversion material layer obtained in the step (A); (C) a step of pressing the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in the step (B); and (D) a step of annealing the pressed thermoelectric conversion material layer obtained in the step (C).
(9) The method for producing a thermoelectric conversion material layer according to (8) above, wherein the annealing temperature is 250 to 600° C.
(10) The method for producing a thermoelectric conversion material layer according to (8) or (9) above, wherein the pressurization is performed at 1.0 to 60 MPa.

本発明によれば、熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層中の熱電変換材料の電気伝導率が向上された、熱電性能の高い熱電変換材料層及びその製造方法を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a thermoelectric conversion material layer having high thermoelectric performance, in which the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material in the thermoelectric conversion material layer made of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition is improved, and a method for producing the same.

本発明の熱電変換材料層の縦断面の定義を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the definition of a vertical cross section of a thermoelectric conversion material layer according to the present invention. 本発明の実施例又は比較例で得られた熱電変換素子層の縦断面を説明するための断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a vertical section of a thermoelectric conversion element layer obtained in an example or a comparative example of the present invention. 本発明の熱電変換材料層の製造方法の一例を工程順に示す説明図である。1A to 1C are explanatory diagrams showing an example of a method for producing a thermoelectric conversion material layer according to the present invention in the order of steps.

[熱電変換材料層]
本発明の熱電変換材料層は、熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層であって、前記熱電変換材料層は空隙を有し、前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積における前記熱電半導体組成物の面積の占める割合を充填率としたときに、前記充填率が、0.800以上1.000未満であることを特徴としている。
[Thermoelectric conversion material layer]
The thermoelectric conversion material layer of the present invention is a thermoelectric conversion material layer consisting of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition, and is characterized in that the thermoelectric conversion material layer has voids, and when the filling rate is defined as the proportion of the area of the thermoelectric semiconductor composition in the area of a vertical cross section including a central portion of the thermoelectric conversion material layer, the filling rate is equal to or greater than 0.800 and less than 1.000.

〈熱電変換材料層の縦断面〉
本明細書における、「熱電変換材料層の中央部を含む縦断面」の定義を、図を用いて説明する。
図1は、本発明の熱電変換材料層の縦断面の定義を説明するための図であり、(a)は、熱電変換材料層2の平面図であり、熱電変換材料層2は、幅方向に長さX、奥行き方向に長さYを有し、(b)は、基板1a上に形成された、空隙部3を含む熱電変換材料層2の縦断面であり、縦断面は、前記(a)の中央部Cを含み、幅方向にA-A’間で切断した時に得られる長さX、厚さDからなる(図では長方形としている)。
<Vertical cross section of thermoelectric conversion material layer>
The definition of "a vertical cross section including the central portion of a thermoelectric conversion material layer" in this specification will be explained with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the definition of the longitudinal section of a thermoelectric conversion material layer of the present invention, in which (a) is a plan view of a thermoelectric conversion material layer 2, which has a length X in the width direction and a length Y in the depth direction, and (b) is a longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer 2, including a void portion 3, formed on a substrate 1a, which longitudinal section includes a central portion C of (a) and has a length X and a thickness D obtained when cut between A-A' in the width direction (shown as a rectangle in the diagram).

本発明の熱電変換材料層の縦断面について、図を用いて説明する。
図2は、本発明の実施例又は比較例の熱電変換材料層の縦断面を説明するための断面模式図であり、(a)は、比較例1で得られた、アルミナ基板1b上に形成した熱電変換材料層2sの縦断面であり、熱電変換材料層2sは、幅方向に長さX、厚さ方向は、Dmin及び、Dmaxの値を取る曲線からなる縦断面を有し、縦断面の上部は凹部と凸部を備え、縦断面内には、空隙部3bが存在する。また、(b)は、実施例1で得られた、アルミナ基板1b上に形成した熱電変換材料層2tの縦断面であり、熱電変換材料層2tの縦断面は、幅方向に長さX、厚さ方向に厚さがD[図2の(a)におけるDminとDmaxの値が僅差の場合]からなり、縦断面の上部は、略直線状になっており、縦断面内には、空隙数、及び体積が抑制された空隙部4bが存在する。なお、Dminは縦断面の厚さ方向の厚さの最小値、Dmaxは縦断面の厚さ方向の厚さの最大値を意味する。
The longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer of the present invention will be described with reference to the drawings.
2 is a schematic cross-sectional view for explaining the longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer of the embodiment or the comparative example of the present invention, (a) is a longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer 2s formed on the alumina substrate 1b obtained in Comparative Example 1, the thermoelectric conversion material layer 2s has a longitudinal section consisting of a curve with a length X in the width direction and a value of Dmin and Dmax in the thickness direction, the upper part of the longitudinal section has a concave part and a convex part, and a void part 3b exists in the longitudinal section. (b) is a longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer 2t formed on the alumina substrate 1b obtained in Example 1, the longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer 2t has a length X in the width direction and a thickness D in the thickness direction [when the values of Dmin and Dmax in FIG. 2(a) are slightly different], the upper part of the longitudinal section is substantially linear, and the longitudinal section has a void part 4b with a suppressed number and volume of voids. Here, Dmin means the minimum thickness in the thickness direction of the longitudinal section, and Dmax means the maximum thickness in the thickness direction of the longitudinal section.

本発明の熱電変換材料層では、熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積における前記熱電半導体組成物の面積の占める割合で定義される、前記熱電変換材料層中の前記熱電半導体組成物の充填率が、0.800以上1.000未満であり、熱電変換材料層中の空隙が少ない。
熱電変換材料層中の前記熱電半導体組成物の充填率が0.800未満であると、熱電変換材料層中の空隙が多くなり、優れた電気伝導率が得られにくくなり、高い熱電性能が得られない。充填率は、好ましくは0.810~0.999、より好ましくは0.850~0.999、さらに好ましくは0.900~0.999、特に好ましくは0.950~0.999であり、充填率がこの範囲にあると、優れた電気伝導率が得られ、高い熱電性能を有する熱電変換材料層となる。
In the thermoelectric conversion material layer of the present invention, the filling rate of the thermoelectric semiconductor composition in the thermoelectric conversion material layer, which is defined as the proportion of the area of the thermoelectric semiconductor composition in the area of a longitudinal cross section including the center of the thermoelectric conversion material layer, is 0.800 or more and less than 1.000, and there are few voids in the thermoelectric conversion material layer.
If the filling rate of the thermoelectric semiconductor composition in the thermoelectric conversion material layer is less than 0.800, the number of voids in the thermoelectric conversion material layer increases, making it difficult to obtain excellent electrical conductivity and high thermoelectric performance. The filling rate is preferably 0.810 to 0.999, more preferably 0.850 to 0.999, even more preferably 0.900 to 0.999, and particularly preferably 0.950 to 0.999. If the filling rate is within this range, excellent electrical conductivity is obtained, resulting in a thermoelectric conversion material layer with high thermoelectric performance.

本発明の熱電変換材料層(以下、「熱電変換材料層からなる薄膜」ということがある。)は、熱電半導体組成物の塗布膜からなる。熱電半導体組成物は、熱電半導体材料、また、熱電変換材料層の形状安定性の観点から耐熱性樹脂を含むことが好ましく、熱電性能の観点から、熱電半導体材料、耐熱性樹脂、並びにイオン液体及び/又は無機イオン性化合物を含む熱電半導体組成物からなることがより好ましい。
前記熱電半導体材料は、熱電性能の観点から、熱電半導体粒子として用いることが好ましい(以下、熱電半導体材料を「熱電半導体粒子」ということがある。)。
The thermoelectric conversion material layer of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "thin film made of a thermoelectric conversion material layer") is made of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition. The thermoelectric semiconductor composition preferably contains a thermoelectric semiconductor material and a heat-resistant resin from the viewpoint of shape stability of the thermoelectric conversion material layer, and more preferably contains a thermoelectric semiconductor composition containing a thermoelectric semiconductor material, a heat-resistant resin, and an ionic liquid and/or an inorganic ionic compound from the viewpoint of thermoelectric performance.
From the viewpoint of thermoelectric performance, the thermoelectric semiconductor material is preferably used as thermoelectric semiconductor particles (hereinafter, the thermoelectric semiconductor material may be referred to as "thermoelectric semiconductor particles").

前記熱電変換材料層の厚さは、特に制限はないが、フレキシブル性、熱電性能と皮膜強度の点から、好ましくは1nm~1000μm、より好ましくは3~600μm、さらに好ましくは5~400μmである。The thickness of the thermoelectric conversion material layer is not particularly limited, but from the standpoints of flexibility, thermoelectric performance and film strength, it is preferably 1 nm to 1000 μm, more preferably 3 to 600 μm, and even more preferably 5 to 400 μm.

(熱電半導体材料)
本発明に用いる熱電半導体材料は、温度差を付与することにより、熱起電力を発生させることができる材料であれば特に制限されず、例えば、P型ビスマステルライド、N型ビスマステルライド等のビスマス-テルル系熱電半導体材料;GeTe、PbTe等のテルライド系熱電半導体材料;アンチモン-テルル系熱電半導体材料;ZnSb、ZnSb2、ZnSb等の亜鉛-アンチモン系熱電半導体材料;SiGe等のシリコン-ゲルマニウム系熱電半導体材料;BiSe等のビスマスセレナイド系熱電半導体材料;β―FeSi、CrSi、MnSi1.73、MgSi等のシリサイド系熱電半導体材料;酸化物系熱電半導体材料;FeVAl、FeVAlSi、FeVTiAl等のホイスラー材料、TiS等の硫化物系熱電半導体材料等が用いられる。
これらの中で、ビスマス-テルル系熱電半導体材料、テルライド系熱電半導体材料、アンチモン-テルル系熱電半導体材料、又はビスマスセレナイド系熱電半導体材料が好ましい。
(Thermoelectric semiconductor materials)
The thermoelectric semiconductor material used in the present invention is not particularly limited as long as it is a material that can generate a thermoelectromotive force by applying a temperature difference, and examples of the thermoelectric semiconductor material that can be used include bismuth-tellurium-based thermoelectric semiconductor materials such as P-type bismuth telluride and N-type bismuth telluride; telluride-based thermoelectric semiconductor materials such as GeTe and PbTe; antimony-tellurium-based thermoelectric semiconductor materials; zinc-antimony-based thermoelectric semiconductor materials such as ZnSb, Zn 3 Sb 2, and Zn 4 Sb 3 ; silicon-germanium-based thermoelectric semiconductor materials such as SiGe; bismuth selenide-based thermoelectric semiconductor materials such as Bi 2 Se 3 ; silicide-based thermoelectric semiconductor materials such as β-FeSi 2 , CrSi 2 , MnSi 1.73 , and Mg 2 Si; oxide-based thermoelectric semiconductor materials; Heusler materials such as FeVAl, FeVAlSi, and FeVTiAl, and sulfide-based thermoelectric semiconductor materials such as TiS 2 .
Among these, bismuth-tellurium based thermoelectric semiconductor materials, telluride based thermoelectric semiconductor materials, antimony-tellurium based thermoelectric semiconductor materials, and bismuth selenide based thermoelectric semiconductor materials are preferred.

さらに、熱電性能の観点から、P型ビスマステルライド又はN型ビスマステルライド等のビスマス-テルル系熱電半導体材料であることがより好ましい。
前記P型ビスマステルライドは、キャリアが正孔で、ゼーベック係数が正値であり、例えば、BiTeSb2-Xで表わされるものが好ましく用いられる。この場合、Xは、好ましくは0<X≦0.8であり、より好ましくは0.4≦X≦0.6である。Xが0より大きく0.8以下であるとゼーベック係数と電気伝導率が大きくなり、P型熱電素子としての特性が維持されるので好ましい。
また、前記N型ビスマステルライドは、キャリアが電子で、ゼーベック係数が負値であり、例えば、BiTe3-YSeで表わされるものが好ましく用いられる。この場合、Yは、好ましくは0≦Y≦3(Y=0の時:BiTe)であり、より好ましくは0<Y≦2.7である。Yが0以上3以下であるとゼーベック係数と電気伝導率が大きくなり、N型熱電素子としての特性が維持されるので好ましい。
Furthermore, from the viewpoint of thermoelectric performance, it is more preferable to use a bismuth-tellurium based thermoelectric semiconductor material such as P-type bismuth telluride or N-type bismuth telluride.
The P-type bismuth telluride has a carrier of a hole and a positive Seebeck coefficient, and is preferably represented by, for example, Bi x Te 3 Sb 2-X . In this case, X is preferably 0<X≦0.8, and more preferably 0.4≦X≦0.6. When X is greater than 0 and equal to or less than 0.8, the Seebeck coefficient and electrical conductivity are increased, and the characteristics as a P-type thermoelectric element are maintained, which is preferable.
The N-type bismuth telluride has a carrier of electrons and a negative Seebeck coefficient, and is preferably represented by, for example, Bi 2 Te 3-Y Se Y. In this case, Y is preferably 0≦Y≦3 (when Y=0: Bi 2 Te 3 ), and more preferably 0<Y≦2.7. When Y is 0 or more and 3 or less, the Seebeck coefficient and electrical conductivity become large, and the characteristics as an N-type thermoelectric element are maintained, which is preferable.

熱電半導体組成物に用いる熱電半導体粒子は、前述した熱電半導体材料を、微粉砕装置等により、所定のサイズまで粉砕したものである。The thermoelectric semiconductor particles used in the thermoelectric semiconductor composition are the above-mentioned thermoelectric semiconductor material pulverized to a predetermined size using a fine grinding device or the like.

熱電半導体粒子の前記熱電半導体組成物中の配合量は、好ましくは、30~99質量%である。より好ましくは、50~96質量%であり、さらに好ましくは、70~95質量%である。熱電半導体粒子の配合量が、上記範囲内であれば、ゼーベック係数(ペルチェ係数の絶対値)が大きく、また電気伝導率の低下が抑制され、熱伝導率のみが低下するため高い熱電性能を示すとともに、十分な皮膜強度、屈曲性を有する膜が得られ好ましい。The amount of thermoelectric semiconductor particles in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 30 to 99% by mass. More preferably, it is 50 to 96% by mass, and even more preferably, it is 70 to 95% by mass. If the amount of thermoelectric semiconductor particles is within the above range, the Seebeck coefficient (absolute value of the Peltier coefficient) is large, and the decrease in electrical conductivity is suppressed, and only the thermal conductivity decreases, so that a film exhibiting high thermoelectric performance and having sufficient film strength and flexibility is obtained, which is preferable.

熱電半導体粒子の平均粒径は、好ましくは、10nm~200μm、より好ましくは、10nm~30μm、さらに好ましくは、50nm~10μm、特に好ましくは、1~6μmである。上記範囲内であれば、均一分散が容易になり、電気伝導率を高くすることができる。
前記熱電半導体材料を粉砕して熱電半導体粒子を得る方法は特に限定されず、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル、コロイドミル、ローラーミル等の公知の微粉砕装置等により、所定のサイズまで粉砕すればよい。
なお、熱電半導体粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分析装置(Malvern社製、マスターサイザー3000)にて測定することにより得られ、粒径分布の中央値とした。
The average particle size of the thermoelectric semiconductor particles is preferably 10 nm to 200 μm, more preferably 10 nm to 30 μm, even more preferably 50 nm to 10 μm, and particularly preferably 1 to 6 μm. Within the above range, uniform dispersion is facilitated and electrical conductivity can be increased.
The method of pulverizing the thermoelectric semiconductor material to obtain thermoelectric semiconductor particles is not particularly limited, and the material may be pulverized to a predetermined size using a known fine pulverizing device such as a jet mill, ball mill, bead mill, colloid mill, or roller mill.
The average particle size of the thermoelectric semiconductor particles was obtained by measurement using a laser diffraction particle size analyzer (Malvern, Mastersizer 3000) and was taken as the median value of the particle size distribution.

また、熱電半導体粒子は、事前に熱処理されたものであることが好ましい(ここでいう「熱処理」とは、後述する本発明の熱電変換材料層の製造方法におけるアニール処理工程で行う「アニール処理」とは異なる)。熱処理を行うことにより、熱電半導体粒子は、結晶性が向上し、さらに、熱電半導体粒子の表面酸化膜が除去されるため、熱電変換材料のゼーベック係数又はペルチェ係数が増大し、熱電性能指数をさらに向上させることができる。熱処理は、特に限定されないが、熱電半導体組成物を調製する前に、熱電半導体粒子に悪影響を及ぼすことがないように、ガス流量が制御された、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、同じく水素等の還元ガス雰囲気下、または真空条件下で行うことが好ましく、不活性ガス及び還元ガスの混合ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。具体的な温度条件は、用いる熱電半導体粒子に依存するが、通常、粒子の融点以下の温度で、かつ100~1500℃で、数分~数十時間行うことが好ましい。In addition, it is preferable that the thermoelectric semiconductor particles are heat-treated in advance (the "heat treatment" referred to here is different from the "annealing treatment" performed in the annealing treatment step in the manufacturing method of the thermoelectric conversion material layer of the present invention described later). By performing the heat treatment, the crystallinity of the thermoelectric semiconductor particles is improved, and further, since the surface oxide film of the thermoelectric semiconductor particles is removed, the Seebeck coefficient or Peltier coefficient of the thermoelectric conversion material is increased, and the thermoelectric figure of merit can be further improved. The heat treatment is not particularly limited, but it is preferable to perform the heat treatment in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, a reducing gas atmosphere such as hydrogen, or under vacuum conditions with a controlled gas flow rate before preparing the thermoelectric semiconductor composition so as not to adversely affect the thermoelectric semiconductor particles, and more preferably in a mixed gas atmosphere of an inert gas and a reducing gas. The specific temperature conditions depend on the thermoelectric semiconductor particles used, but it is usually preferable to perform the heat treatment at a temperature below the melting point of the particles and at 100 to 1500 ° C for several minutes to several tens of hours.

(耐熱性樹脂)
本発明に用いる熱電半導体組成物には、熱電半導体材料を高温度でアニール処理を行う観点から、耐熱性樹脂が好ましく用いられる。熱電半導体材料(熱電半導体粒子)間のバインダーとして働き、熱電変換モジュールの屈曲性を高めることができるとともに、塗布等による薄膜の形成が容易になる。該耐熱性樹脂は、特に制限されるものではないが、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理等により熱電半導体粒子を結晶成長させる際に、樹脂としての機械的強度及び熱伝導率等の諸物性が損なわれず維持される耐熱性樹脂が好ましい。
前記耐熱性樹脂は、耐熱性がより高く、且つ薄膜中の熱電半導体粒子の結晶成長に悪影響を及ぼさないという点から、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂が好ましく、屈曲性に優れるという点からポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂がより好ましい。なお、本発明においてポリイミド樹脂とは、ポリイミド及びその前駆体を総称する。
(Heat-resistant resin)
In the thermoelectric semiconductor composition used in the present invention, a heat-resistant resin is preferably used from the viewpoint of annealing the thermoelectric semiconductor material at a high temperature. The resin acts as a binder between the thermoelectric semiconductor material (thermoelectric semiconductor particles), and can increase the flexibility of the thermoelectric conversion module, and can facilitate the formation of a thin film by coating or the like. The heat-resistant resin is not particularly limited, but is preferably a heat-resistant resin that maintains various physical properties such as mechanical strength and thermal conductivity as a resin without being impaired when the thermoelectric semiconductor particles are crystal-grown by annealing a thin film made of the thermoelectric semiconductor composition or the like.
The heat-resistant resin is preferably a polyamide resin, a polyamideimide resin, a polyimide resin, or an epoxy resin, because it has higher heat resistance and does not adversely affect the crystal growth of the thermoelectric semiconductor particles in the thin film, and more preferably a polyamide resin, a polyamideimide resin, or a polyimide resin, because it has excellent flexibility. In the present invention, the term "polyimide resin" collectively refers to polyimides and their precursors.

前記耐熱性樹脂は、分解温度が300℃以上であることが好ましい。分解温度が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、バインダーとして機能が失われることなく、屈曲性を維持することができる。The heat-resistant resin preferably has a decomposition temperature of 300° C. or higher. If the decomposition temperature is within the above range, the resin can maintain its flexibility without losing its function as a binder, even when a thin film made of a thermoelectric semiconductor composition is annealed, as described below.

また、前記耐熱性樹脂は、熱重量測定(TG)による300℃における質量減少率が10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。質量減少率が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、バインダーとして機能が失われることなく、熱電変換材料層の屈曲性を維持することができる。In addition, the heat-resistant resin preferably has a mass loss rate of 10% or less, more preferably 5% or less, and even more preferably 1% or less at 300°C as measured by thermogravimetry (TG). If the mass loss rate is within the above range, as described below, even when a thin film made of a thermoelectric semiconductor composition is annealed, the flexibility of the thermoelectric conversion material layer can be maintained without losing its function as a binder.

前記耐熱性樹脂の前記熱電半導体組成物中の配合量は、0.1~40質量%、好ましくは0.5~20質量%、より好ましくは、1~20質量%、さらに好ましくは2~15質量%である。前記耐熱性樹脂の配合量が、上記範囲内であると、熱電半導体材料のバインダーとし機能し、薄膜の形成がしやすくなり、しかも高い熱電性能と皮膜強度が両立した膜が得られる。The amount of the heat-resistant resin in the thermoelectric semiconductor composition is 0.1 to 40% by mass, preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 20% by mass, and even more preferably 2 to 15% by mass. When the amount of the heat-resistant resin is within the above range, it functions as a binder for the thermoelectric semiconductor material, making it easier to form a thin film, and a film that has both high thermoelectric performance and film strength can be obtained.

(イオン液体)
本発明で用いるイオン液体は、カチオンとアニオンとを組み合わせてなる溶融塩であり、-50~400℃の温度領域のいずれかの温度領域において、液体で存在し得る塩をいう。換言すれば、イオン液体は、融点が-50℃以上400℃未満の範囲にあるイオン性化合物である。イオン液体の融点は、好ましくは-25℃以上200℃以下、より好ましくは0℃以上150℃以下である。イオン液体は、蒸気圧が極めて低く不揮発性であること、優れた熱安定性及び電気化学安定性を有していること、粘度が低いこと、かつイオン伝導度が高いこと等の特徴を有しているため、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を効果的に抑制することができる。また、イオン液体は、非プロトン性のイオン構造に基づく高い極性を示し、耐熱性樹脂との相溶性に優れるため、熱電変換材料層の電気伝導率を均一にすることができる。
(Ionic Liquid)
The ionic liquid used in the present invention is a molten salt formed by combining a cation and an anion, and refers to a salt that can exist in liquid form in any temperature range of -50 to 400 ° C. In other words, the ionic liquid is an ionic compound having a melting point in the range of -50 ° C. to less than 400 ° C. The melting point of the ionic liquid is preferably -25 ° C. to 200 ° C., more preferably 0 ° C. to 150 ° C. Ionic liquids have characteristics such as extremely low vapor pressure and non-volatility, excellent thermal stability and electrochemical stability, low viscosity, and high ionic conductivity, and therefore can effectively suppress the reduction in electrical conductivity between thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary. In addition, ionic liquids exhibit high polarity based on an aprotic ionic structure and have excellent compatibility with heat-resistant resins, so that the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material layer can be made uniform.

イオン液体は、公知または市販のものが使用できる。例えば、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピラゾリウム、ピロリジニウム、ピペリジニウム、イミダゾリウム等の窒素含有環状カチオン化合物及びそれらの誘導体;テトラアルキルアンモニウムのアミン系カチオン及びそれらの誘導体;ホスホニウム、トリアルキルスルホニウム、テトラアルキルホスホニウム等のホスフィン系カチオン及びそれらの誘導体;リチウムカチオン及びその誘導体等のカチオン成分と、Cl、AlCl 、AlCl 、ClO 等の塩化物イオン、Br等の臭化物イオン、I等のヨウ化物イオン、BF 、PF 等のフッ化物イオン、F(HF) 等のハロゲン化物アニオン、NO 、CHCOO、CFCOO、CHSO 、CFSO 、(FSO、(CFSO、(CFSO、AsF 、SbF 、NbF 、TaF 、F(HF)n、(CN)、CSO 、(CSO、CCOO、(CFSO)(CFCO)N等のアニオン成分とから構成されるものが挙げられる。 The ionic liquid may be a known or commercially available one. For example, nitrogen-containing cyclic cationic compounds such as pyridinium, pyrimidinium, pyrazolium, pyrrolidinium, piperidinium, and imidazolium, and derivatives thereof; amine-based cations such as tetraalkylammonium and derivatives thereof; phosphine-based cations such as phosphonium, trialkylsulfonium, and tetraalkylphosphonium, and derivatives thereof; and cationic components such as lithium cations and derivatives thereof, and chloride ions such as Cl - , AlCl 4 - , Al 2 Cl 7 - , and ClO 4 - , bromide ions such as Br - , iodide ions such as I - , fluoride ions such as BF 4 - and PF 6 - , halide anions such as F ( HF) n - , NO 3 - , CH 3 COO - , CF 3 COO - , CH 3 SO 3 - , CF 3 SO 3 - , (FSO 2 ) 2 N - , ( CF and an anion component such as ( CF3SO2 ) 2N- , ( CF3SO2 ) 3C- , AsF6- , SbF6- , NbF6- , TaF6- , F ( HF ) n- , ( CN ) 2N- , C4F9SO3- , ( C2F5SO2 ) 2N- , C3F7COO- , ( CF3SO2 )( CF3CO ) N-, etc.

上記のイオン液体の中で、高温安定性、熱電半導体粒子及び樹脂との相溶性、熱電半導体粒子間隙の電気伝導率の低下抑制等の観点から、イオン液体のカチオン成分が、ピリジニウムカチオン及びその誘導体、イミダゾリウムカチオン及びその誘導体から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。イオン液体のアニオン成分が、ハロゲン化物アニオンを含むことが好ましく、Cl、Br及びIから選ばれる少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。 Among the above ionic liquids, from the viewpoints of high temperature stability, compatibility with thermoelectric semiconductor particles and resins, suppression of decrease in electrical conductivity in the gaps between thermoelectric semiconductor particles, etc., it is preferable that the cationic component of the ionic liquid contains at least one selected from pyridinium cations and derivatives thereof, and imidazolium cations and derivatives thereof. It is preferable that the anionic component of the ionic liquid contains a halide anion, and more preferably contains at least one selected from Cl - , Br - and I - .

カチオン成分が、ピリジニウムカチオン及びその誘導体を含むイオン液体の具体的な例として、4-メチル-ブチルピリジニウムクロライド、3-メチル-ブチルピリジニウムクロライド、4-メチル-ヘキシルピリジニウムクロライド、3-メチル-ヘキシルピリジニウムクロライド、4-メチル-オクチルピリジニウムクロライド、3-メチル-オクチルピリジニウムクロライド、3、4-ジメチル-ブチルピリジニウムクロライド、3、5-ジメチル-ブチルピリジニウムクロライド、4-メチル-ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート、4-メチル-ブチルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヨージド等が挙げられる。この中で、1-ブチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムブロミド、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ブチル-4-メチルピリジニウムヨージドが好ましい。 Specific examples of ionic liquids in which the cationic component contains a pyridinium cation and its derivatives include 4-methyl-butylpyridinium chloride, 3-methyl-butylpyridinium chloride, 4-methyl-hexylpyridinium chloride, 3-methyl-hexylpyridinium chloride, 4-methyl-octylpyridinium chloride, 3-methyl-octylpyridinium chloride, 3,4-dimethyl-butylpyridinium chloride, 3,5-dimethyl-butylpyridinium chloride, 4-methyl-butylpyridinium tetrafluoroborate, 4-methyl-butylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium hexafluorophosphate, 1-butyl-4-methylpyridinium iodide, and the like. Of these, 1-butylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium bromide, 1-butyl-4-methylpyridinium hexafluorophosphate, and 1-butyl-4-methylpyridinium iodide are preferred.

また、カチオン成分が、イミダゾリウムカチオン及びその誘導体を含むイオン液体の具体的な例として、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムブロミド]、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムテトラフルオロボレイト]、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-オクチル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-デシル-3-メチルイミダゾリウムブロミド、1-ドデシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-テトラデシル-3-メチルイミダゾリウムクロライド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムテトラフロオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、1-メチル-3-ブチルイミダゾリウムメチルスルフェート、1、3-ジブチルイミダゾリウムメチルスルフェート等が挙げられる。この中で、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムブロミド]、[1-ブチル-3-(2-ヒドロキシエチル)イミダゾリウムテトラフルオロボレイト]が好ましい。 Specific examples of ionic liquids in which the cationic component contains an imidazolium cation and its derivatives include [1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium bromide], [1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium tetrafluoroborate], 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-dec ... bromide, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-octyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride, 1-decyl-3-methylimidazolium chloride Examples of the imidazolium bromide include 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-tetradecyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate, 1-methyl-3-butylimidazolium methyl sulfate, and 1,3-dibutylimidazolium methyl sulfate. Among these, 1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium bromide and 1-butyl-3-(2-hydroxyethyl)imidazolium tetrafluoroborate are preferred.

上記のイオン液体は、電気伝導率が10-7S/cm以上であることが好ましく、10-6S/cm以上であることがより好ましい。電気伝導率が上記の範囲であれば、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を効果的に抑制することができる。 The ionic liquid preferably has an electrical conductivity of 10 −7 S/cm or more, more preferably 10 −6 S/cm or more. If the electrical conductivity is in the above range, the ionic liquid can effectively suppress a decrease in electrical conductivity between thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary.

また、上記のイオン液体は、分解温度が300℃以上であることが好ましい。分解温度が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。In addition, the above ionic liquid preferably has a decomposition temperature of 300° C. or higher. If the decomposition temperature is within the above range, the effect as a conductive additive can be maintained even when a thin film made of the thermoelectric semiconductor composition is annealed, as described below.

さらに、上記のイオン液体は、熱重量測定(TG)による300℃における質量減少率が10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。質量減少率が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。Furthermore, the mass loss rate of the above ionic liquid at 300°C as measured by thermogravimetry (TG) is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and even more preferably 1% or less. If the mass loss rate is within the above range, the effect as a conductive additive can be maintained even when a thin film made of the thermoelectric semiconductor composition is annealed, as described below.

前記イオン液体の前記熱電半導体組成物中の配合量は、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、さらに好ましくは1.0~20質量%である。前記イオン液体の配合量が、上記の範囲内であれば、電気伝導率の低下が効果的に抑制され、高い熱電性能を有する膜が得られる。The amount of the ionic liquid in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 30% by mass, and even more preferably 1.0 to 20% by mass. If the amount of the ionic liquid is within the above range, the decrease in electrical conductivity is effectively suppressed, and a film having high thermoelectric performance is obtained.

(無機イオン性化合物)
本発明で用いる無機イオン性化合物は、少なくともカチオンとアニオンから構成される化合物である。無機イオン性化合物は室温において固体であり、400~900℃の温度領域のいずれかの温度に融点を有し、イオン伝導度が高いこと等の特徴を有しているため、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を抑制することができる。
(Inorganic ionic compounds)
The inorganic ionic compound used in the present invention is a compound composed of at least a cation and an anion. The inorganic ionic compound is a solid at room temperature, has a melting point at any temperature in the temperature range of 400 to 900° C., and has characteristics such as high ionic conductivity, and therefore can suppress a decrease in electrical conductivity between thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary.

カチオンとしては、金属カチオンを用いる。
金属カチオンとしては、例えば、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン、典型金属カチオン及び遷移金属カチオンが挙げられ、アルカリ金属カチオン又はアルカリ土類金属カチオンがより好ましい。
アルカリ金属カチオンとしては、例えば、Li、Na、K、Rb、Cs及びFr等が挙げられる。
アルカリ土類金属カチオンとしては、例えば、Mg2+、Ca2+、Sr2+及びBa2+等が挙げられる。
As the cation, a metal cation is used.
Examples of the metal cation include alkali metal cations, alkaline earth metal cations, typical metal cations and transition metal cations, with alkali metal cations and alkaline earth metal cations being more preferred.
Examples of alkali metal cations include Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + and Fr + .
Alkaline earth metal cations include, for example, Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ and Ba 2+ .

アニオンとしては、例えば、F、Cl、Br、I、OH、CN、NO 、NO 、ClO、ClO 、ClO 、ClO 、CrO 2-、HSO 、SCN、BF 、PF 等が挙げられる。 Examples of anions include F , Cl , Br , I , OH , CN , NO 3 , NO 2 , ClO , ClO 2 , ClO 3 , ClO 4 , CrO 4 2− , HSO 4 , SCN , BF 4 , and PF 6 .

無機イオン性化合物は、公知または市販のものが使用できる。例えば、カリウムカチオン、ナトリウムカチオン、又はリチウムカチオン等のカチオン成分と、Cl、AlCl 、AlCl 、ClO 等の塩化物イオン、Br等の臭化物イオン、I等のヨウ化物イオン、BF 、PF 等のフッ化物イオン、F(HF) 等のハロゲン化物アニオン、NO 、OH、CN等のアニオン成分とから構成されるものが挙げられる。 The inorganic ionic compound may be a known or commercially available one, and examples thereof include compounds composed of a cationic component such as a potassium cation, a sodium cation, or a lithium cation, and an anionic component such as a chloride ion such as Cl - , AlCl 4 - , Al 2 Cl 7 - , or ClO 4 - , a bromide ion such as Br - , an iodide ion such as I - , a fluoride ion such as BF 4 - or PF 6 - , a halide anion such as F(HF) n - , or an anion component such as NO 3 - , OH - , or CN - .

上記の無機イオン性化合物の中で、高温安定性、熱電半導体粒子及び樹脂との相溶性、熱電半導体粒子間隙の電気伝導率の低下抑制等の観点から、無機イオン性化合物のカチオン成分が、カリウム、ナトリウム、及びリチウムから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。また、無機イオン性化合物のアニオン成分が、ハロゲン化物アニオンを含むことが好ましく、Cl、Br、及びIから選ばれる少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。 Among the above inorganic ionic compounds, the cationic component of the inorganic ionic compound preferably contains at least one selected from potassium, sodium, and lithium from the viewpoints of high temperature stability, compatibility with thermoelectric semiconductor particles and resin, suppression of decrease in electrical conductivity in the gaps between thermoelectric semiconductor particles, etc. The anionic component of the inorganic ionic compound preferably contains a halide anion, and more preferably contains at least one selected from Cl - , Br - , and I - .

カチオン成分が、カリウムカチオンを含む無機イオン性化合物の具体的な例として、KBr、KI、KCl、KF、KOH、KCO等が挙げられる。この中で、KBr、KIが好ましい。
カチオン成分が、ナトリウムカチオンを含む無機イオン性化合物の具体的な例として、NaBr、NaI、NaOH、NaF、NaCO等が挙げられる。この中で、NaBr、NaIが好ましい。
カチオン成分が、リチウムカチオンを含む無機イオン性化合物の具体的な例として、LiF、LiOH、LiNO等が挙げられる。この中で、LiF、LiOHが好ましい。
Specific examples of inorganic ionic compounds in which the cationic component contains a potassium cation include KBr, KI, KCl, KF, KOH, K2CO3 , etc. Among these, KBr and KI are preferred.
Specific examples of inorganic ionic compounds in which the cationic component contains a sodium cation include NaBr, NaI, NaOH, NaF, and Na 2 CO 3. Among these, NaBr and NaI are preferred.
Specific examples of inorganic ionic compounds in which the cationic component contains lithium cations include LiF, LiOH, LiNO3, etc. Among these, LiF and LiOH are preferred.

上記の無機イオン性化合物は、電気伝導率が10-7S/cm以上であることが好ましく、10-6S/cm以上であることがより好ましい。電気伝導率が上記範囲であれば、導電補助剤として、熱電半導体粒子間の電気伝導率の低減を効果的に抑制することができる。 The inorganic ionic compound preferably has an electrical conductivity of 10 −7 S/cm or more, more preferably 10 −6 S/cm or more. If the electrical conductivity is within the above range, the inorganic ionic compound can effectively suppress a decrease in electrical conductivity between thermoelectric semiconductor particles as a conductive auxiliary.

また、上記の無機イオン性化合物は、分解温度が400℃以上であることが好ましい。分解温度が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。In addition, the inorganic ionic compound preferably has a decomposition temperature of 400° C. or higher. If the decomposition temperature is within the above range, the effect as a conductive auxiliary agent can be maintained even when a thin film made of the thermoelectric semiconductor composition is annealed, as described below.

さらに、上記の無機イオン性化合物は、熱重量測定(TG)による400℃における質量減少率が10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。質量減少率が上記範囲であれば、後述するように、熱電半導体組成物からなる薄膜をアニール処理した場合でも、導電補助剤としての効果を維持することができる。Furthermore, the inorganic ionic compound preferably has a mass loss rate of 10% or less, more preferably 5% or less, and even more preferably 1% or less at 400°C as measured by thermogravimetry (TG). If the mass loss rate is within the above range, the compound can maintain its effect as a conductive auxiliary even when a thin film made of the thermoelectric semiconductor composition is annealed, as described below.

前記無機イオン性化合物の前記熱電半導体組成物中の配合量は、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、さらに好ましくは1.0~10質量%である。前記無機イオン性化合物の配合量が、上記範囲内であれば、電気伝導率の低下を効果的に抑制でき、結果として熱電性能が向上した膜が得られる。
なお、無機イオン性化合物とイオン液体とを併用する場合においては、前記熱電半導体組成物中における、無機イオン性化合物及びイオン液体の含有量の総量は、好ましくは0.01~50質量%、より好ましくは0.5~30質量%、さらに好ましくは1.0~10質量%である。
The amount of the inorganic ionic compound in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01 to 50 mass %, more preferably 0.5 to 30 mass %, and even more preferably 1.0 to 10 mass %. When the amount of the inorganic ionic compound is within the above range, the decrease in electrical conductivity can be effectively suppressed, and as a result, a film with improved thermoelectric performance can be obtained.
In addition, when an inorganic ionic compound and an ionic liquid are used in combination, the total content of the inorganic ionic compound and the ionic liquid in the thermoelectric semiconductor composition is preferably 0.01 to 50 mass%, more preferably 0.5 to 30 mass%, and even more preferably 1.0 to 10 mass%.

(その他の添加剤)
本発明で用いる熱電半導体組成物には、上記以外の成分以外に、必要に応じて、さらに分散剤、造膜助剤、光安定剤、酸化防止剤、粘着付与剤、可塑剤、着色剤、樹脂安定剤、充てん剤、顔料、導電性フィラー、導電性高分子、硬化剤等の他の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤は、1種単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
(Other additives)
In addition to the components other than those described above, the thermoelectric semiconductor composition used in the present invention may further contain, as necessary, other additives such as dispersants, film-forming assistants, light stabilizers, antioxidants, tackifiers, plasticizers, colorants, resin stabilizers, fillers, pigments, conductive fillers, conductive polymers, curing agents, etc. These additives may be used alone or in combination of two or more.

本発明の熱電変換材料層は、電気伝導率が向上されたものであり、熱電変換モジュールの熱電変換材料層として適用することにより、熱電性能が高い熱電変換モジュールを得ることができる。The thermoelectric conversion material layer of the present invention has improved electrical conductivity, and by applying it as a thermoelectric conversion material layer of a thermoelectric conversion module, a thermoelectric conversion module with high thermoelectric performance can be obtained.

[熱電変換材料層の製造方法]
本発明の熱電変換材料層の製造方法は、熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層を製造する方法であって、(A)熱電変換材料層を形成する工程、(B)前記(A)の工程で得られた前記熱電変換材料層を乾燥する工程、(C)前記(B)の工程で得られた乾燥後の前記熱電変換材料層を加圧する工程、及び(D)前記(C)の工程で得られた加圧された熱電変換材料層をアニール処理する工程を含むことを特徴とする。
本発明の熱電変換材料層の製造方法においては、熱電変換材料層を形成後、所定の温度で乾燥し、次いで、熱電変換材料層の上面を所定の圧力で加圧し、熱電変換材料層中の空隙の体積を減少させ、その後、アニール処理することにより、電気伝導率が向上した熱電変換材料層が得られる。
[Method of manufacturing thermoelectric conversion material layer]
The method for producing a thermoelectric conversion material layer of the present invention is a method for producing a thermoelectric conversion material layer consisting of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition, and is characterized by comprising the steps of: (A) forming a thermoelectric conversion material layer; (B) drying the thermoelectric conversion material layer obtained in the step (A); (C) pressurizing the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in the step (B); and (D) annealing the pressurized thermoelectric conversion material layer obtained in the step (C).
In the method for manufacturing a thermoelectric conversion material layer of the present invention, after forming a thermoelectric conversion material layer, it is dried at a predetermined temperature, and then the upper surface of the thermoelectric conversion material layer is pressed at a predetermined pressure to reduce the volume of voids in the thermoelectric conversion material layer, and then an annealing treatment is performed, thereby obtaining a thermoelectric conversion material layer with improved electrical conductivity.

図3は、本発明の熱電変換材料層の製造方法の一例を工程順に示す説明図であり、(a)は基板1a上に熱電変換材料層2sを形成した態様を示す断面図であり、基板1a上に熱電変換材料層2sを塗布膜(空隙部3aを含む)として形成し、所定の温度で乾燥させる;
(b)は熱電変換材料層2sの上面にプレス加圧部5を対向させた後の態様を示す断面図であり、(a)で得られた乾燥後の熱電変換材料層2sを常温まで冷却した後、熱電変換材料層2sとプレス加圧部5とを対向させる;
(c)はプレス加圧部5により熱電変換材料層2sの上面を加圧した後、熱電変換材料層2sからプレス加圧部5をリリースした後の態様を示す断面図である。
その後、アニール処理を行うことにより、本発明の熱電変換材料層2t(空隙数及び体積が減少した空隙部4aを含む)を得ることができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a method for producing a thermoelectric conversion material layer of the present invention in the order of steps, in which (a) is a cross-sectional view showing an embodiment in which a thermoelectric conversion material layer 2s is formed on a substrate 1a, in which the thermoelectric conversion material layer 2s is formed as a coating film (including voids 3a) on the substrate 1a and dried at a predetermined temperature;
1B is a cross-sectional view showing an aspect after a press pressure part 5 is placed opposite an upper surface of the thermoelectric conversion material layer 2 s, in which the dried thermoelectric conversion material layer 2 s obtained in FIG. 1A is cooled to room temperature, and then the thermoelectric conversion material layer 2 s is placed opposite the press pressure part 5;
1C is a cross-sectional view showing a state after the press pressure part 5 has been pressed against the upper surface of the thermoelectric conversion material layer 2s and then the press pressure part 5 has been released from the thermoelectric conversion material layer 2s.
Thereafter, an annealing treatment is performed to obtain the thermoelectric conversion material layer 2t of the present invention (including the void portion 4a in which the number and volume of the voids are reduced).

熱電変換材料層は、好ましい態様として、基板上にベタ膜状に作製し、その後、目的とするチップサイズに個片化してもよい。また、好ましい他の態様として、基板上に前述の熱電変換材料のチップの大きさに塗布膜を形成してもよい。さらに、熱電変換材料層の形状制御性の観点から、より好ましい態様として、熱電変換材料のチップ形状を有する離間した開口部を含む、格子状のパターン枠部材を用いて作製してもよい。
チップサイズとしては、例えば、短辺0.1~20mm、長辺0.2~25mm程度である。
In a preferred embodiment, the thermoelectric conversion material layer may be formed as a solid film on a substrate and then diced into chips of the desired size. In another preferred embodiment, a coating film of the size of the thermoelectric conversion material chips may be formed on the substrate. Furthermore, in terms of shape controllability of the thermoelectric conversion material layer, in a more preferred embodiment, the thermoelectric conversion material layer may be formed using a lattice-shaped pattern frame member including spaced apart openings having the shape of the thermoelectric conversion material chips.
The chip size is, for example, about 0.1 to 20 mm for the short side and about 0.2 to 25 mm for the long side.

前記熱電変換材料のチップ形状を有する離間した開口部を含む、格子状のパターン枠部材を使用する場合の熱電変換材料層の製造方法は、例えば、以下のようである。
(p)基板上に、熱電変換材料のチップ形状を有する離間した開口部を含む、格子状のパターン枠部材を静置する;
(q)パターン枠部材の開口部に、熱電変換材料層の塗布膜を形成し、所定の温度で乾燥させる;
(r)(q)で得られた乾燥後の熱電変換材料層を常温まで冷却した後、熱電変換材料層とプレス加圧部(図3におけるプレス加圧部5に相当)とを対向させる;
(t)プレス加圧部で熱電変換材料層の上面を加圧し、熱電変換材料層の空隙数及び体積を減少させ、プレス加圧部を熱電変換材料層からリリースし、さらにパターン枠部材をリリースする;
(u)その後、基板上に得られたパターン枠部材の開口部の形状が反映された熱電変換材料層に対しアニール処理を行うことにより、本発明のチップ状の熱電変換材料層を得る。
前記開口部は、特に制限されないが、パターン枠部材をリリースした後、熱電変換材料のチップの形状に反映される形状を有するものであればよく、長方形状、正方形状、又は円形状であることが好ましく、長方形状、正方形状であることがさらに好ましい。
また、前記パターン枠部材として、形成の容易さの観点から、ステンレス鋼、銅等を用いることができる。
A method for producing a thermoelectric conversion material layer when using a lattice-shaped pattern frame member including spaced apart openings each having the shape of a chip of the thermoelectric conversion material is, for example, as follows.
(p) placing a grid-like pattern frame member including spaced apart openings having the shape of chips of thermoelectric conversion material on the substrate;
(q) forming a coating film of a thermoelectric conversion material layer on the openings of the pattern frame member, and drying it at a predetermined temperature;
(r) cooling the dried thermoelectric conversion material layer obtained in (q) to room temperature, and then placing the thermoelectric conversion material layer against a press unit (corresponding to press unit 5 in FIG. 3 );
(t) applying pressure to the upper surface of the thermoelectric conversion material layer with a press pressure unit to reduce the number and volume of voids in the thermoelectric conversion material layer, releasing the press pressure unit from the thermoelectric conversion material layer, and further releasing the pattern frame member;
(u) Thereafter, the thermoelectric conversion material layer, which reflects the shape of the openings of the pattern frame member obtained on the substrate, is subjected to an annealing treatment, thereby obtaining a chip-shaped thermoelectric conversion material layer of the present invention.
The opening is not particularly limited, but may have a shape that is reflected in the shape of the chip of thermoelectric conversion material after the pattern frame member is released, and is preferably rectangular, square, or circular, and more preferably rectangular or square.
From the viewpoint of ease of formation, stainless steel, copper, etc. can be used as the pattern frame member.

(A)熱電変換材料層形成工程
熱電変換材料層形成工程は、基板上に熱電変換材料層を形成する工程であり、例えば、図3(a)においては、基板1a上に熱電半導体組成物を塗布し、熱電変換材料層2sを形成する工程である。
(A) Thermoelectric Conversion Material Layer Forming Process The thermoelectric conversion material layer forming process is a process of forming a thermoelectric conversion material layer on a substrate. For example, in FIG. 3(a), it is a process of applying a thermoelectric semiconductor composition onto a substrate 1a to form a thermoelectric conversion material layer 2s.

(基板)
基板としては、特に制限はなく、ガラス、シリコン、セラミック、金属、又はプラスチック等が挙げられる。アニール処理を高温度下で行う観点から、ガラス、シリコン、セラミック、金属が好ましく、熱処理後の寸法安定性の観点から、ガラス、シリコン、セラミックを用いることがより好ましい。
前記基板の厚さは、プロセス及び寸法安定性の観点から、100~10000μmのものが使用できる。
(substrate)
The substrate is not particularly limited, and examples thereof include glass, silicon, ceramic, metal, plastic, etc. From the viewpoint of performing the annealing treatment at a high temperature, glass, silicon, ceramic, and metal are preferred, and from the viewpoint of dimensional stability after the heat treatment, glass, silicon, and ceramic are more preferred.
The thickness of the substrate may be from 100 to 10,000 μm from the viewpoints of process and dimensional stability.

(熱電半導体組成物)
本発明に用いる熱電半導体組成物は、前述したものと同様のものを用いることができる。熱電半導体材料、耐熱性樹脂、イオン液体、無機イオン性化合物等に関する、好ましい材料、配合量等も同様である。
(Thermoelectric Semiconductor Composition)
The thermoelectric semiconductor composition used in the present invention may be the same as that described above. The preferred materials and blending amounts of the thermoelectric semiconductor material, heat-resistant resin, ionic liquid, inorganic ionic compound, etc. are also the same.

(熱電半導体組成物の調製方法)
本発明で用いる熱電半導体組成物の調製方法は、特に制限はなく、超音波ホモジナイザー、スパイラルミキサー、プラネタリーミキサー、ディスパーサー、ハイブリッドミキサー等の公知の方法により、前記熱電半導体粒子、前記耐熱性樹脂、前記イオン液体及び無機イオン性化合物の一方又は双方、必要に応じて前記その他の添加剤、さらに溶媒を加えて、混合分散させ、当該熱電半導体組成物を調製すればよい。
前記溶媒としては、例えば、トルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン、アルコール、テトラヒドロフラン、メチルピロリドン、エチルセロソルブ等の溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。熱電半導体組成物の固形分濃度としては、該組成物が塗工に適した粘度であればよく、特に制限はない。
(Method of Preparing Thermoelectric Semiconductor Composition)
The method for preparing the thermoelectric semiconductor composition used in the present invention is not particularly limited, and the thermoelectric semiconductor composition may be prepared by mixing and dispersing the thermoelectric semiconductor particles, the heat-resistant resin, one or both of the ionic liquid and the inorganic ionic compound, and if necessary, the other additives and a solvent, using a known method such as an ultrasonic homogenizer, a spiral mixer, a planetary mixer, a disperser, or a hybrid mixer.
Examples of the solvent include toluene, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, alcohol, tetrahydrofuran, methylpyrrolidone, ethyl cellosolve, etc. These solvents may be used alone or in combination of two or more. The solid content concentration of the thermoelectric semiconductor composition is not particularly limited as long as the composition has a viscosity suitable for coating.

前記熱電半導体組成物からなる薄膜は、例えば、前記基板上に、前記熱電半導体組成物を塗布し、乾燥することで形成することができる。A thin film made of the thermoelectric semiconductor composition can be formed, for example, by applying the thermoelectric semiconductor composition onto the substrate and drying it.

熱電半導体組成物を、基板上に塗布する方法としては、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、スプレーコート法、バーコート法、ドクターブレード法、アプリケーター法等の公知の方法が挙げられ、特に制限されない。塗膜をパターン状に形成する場合は、所望のパターンを有するスクリーン版を用いて簡便にパターン形成が可能なスクリーン印刷、ステンシル印刷、スロットダイコート等が好ましく用いられる。Methods for applying the thermoelectric semiconductor composition onto a substrate include known methods such as screen printing, flexographic printing, gravure printing, spin coating, dip coating, die coating, spray coating, bar coating, doctor blade, and applicator, and are not particularly limited. When forming a coating film in a pattern, screen printing, stencil printing, slot die coating, and the like are preferably used, which can easily form a pattern using a screen plate having the desired pattern.

(B)熱電変換材料層乾燥工程
熱電変換材料層乾燥工程は、(A)の工程で得られた熱電変換材料層を乾燥する工程であり、例えば、図3(a)においては、基板1a上の熱電変換材料層2sを乾燥する工程である。
乾燥方法としては、熱風乾燥法、熱ロール乾燥法、赤外線照射法等、従来公知の乾燥方法が採用できる。加熱温度は、通常、80~170℃であり、好ましくは100~150℃であり、より好ましくは110~145℃であり、さらに好ましくは120~140℃である。
加熱時間は、加熱方法により異なるが、通常30秒~5時間、好ましくは1分~3時間、より好ましくは5分~2時間、さらに好ましくは10分~50分である。
加熱温度及び加熱時間がこの範囲であれば、加圧後及びアニール処理後の熱電変換材料層の電気伝導率の向上につながりやすくなる。
また、熱電半導体組成物の調製において溶媒を使用した場合、加熱温度は、使用した溶媒が乾燥できる温度範囲であっても、それ以下の温度範囲であってもよい。
(B) Thermoelectric Conversion Material Layer Drying Step The thermoelectric conversion material layer drying step is a step of drying the thermoelectric conversion material layer obtained in step (A). For example, in FIG. 3(a), it is a step of drying the thermoelectric conversion material layer 2s on the substrate 1a.
As the drying method, a conventionally known drying method can be used, such as hot air drying, heat roll drying, infrared irradiation, etc. The heating temperature is usually 80 to 170°C, preferably 100 to 150°C, more preferably 110 to 145°C, and even more preferably 120 to 140°C.
The heating time varies depending on the heating method, but is usually 30 seconds to 5 hours, preferably 1 minute to 3 hours, more preferably 5 minutes to 2 hours, and further preferably 10 minutes to 50 minutes.
If the heating temperature and heating time are within these ranges, this tends to lead to an improvement in the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material layer after pressure application and annealing treatment.
Furthermore, when a solvent is used in the preparation of the thermoelectric semiconductor composition, the heating temperature may be within a temperature range in which the solvent used can be dried, or may be a temperature range lower than this.

(C)熱電変換材料層加圧工程
熱電変換材料層加圧工程は、(B)の工程で得られた乾燥後の熱電変換材料層を加圧する工程であり、例えば、図3(b)においては、熱電変換材料層2sの上面をプレス加圧部5で加圧する工程である。
(C) Thermoelectric conversion material layer pressurizing step The thermoelectric conversion material layer pressurizing step is a step of pressurizing the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in step (B). For example, in FIG. 3(b), it is a step of pressing the upper surface of the thermoelectric conversion material layer 2s with a press pressure unit 5.

加圧は、一態様として、(B)の工程で得られた乾燥後の熱電変換材料層を常温まで冷却してから大気圧雰囲気下で行うことが好ましい。また、他の態様として、加圧は、(B)の工程で得られた乾燥後の熱電変換材料層を常温まで冷却せずに乾燥温度を維持し行い、次工程となる後述するアニール処理工程に投入することが好ましい。
加圧方法としては、例えば、油圧式プレス、真空プレス機、重り等、物理的加圧手段を用いる方法が挙げられる。加圧量は、熱電変換材料層の粘度、空隙の量等により異なるが、通常0.1~80MPaであり、好ましくは1.0~60MPaであり、より好ましくは5~50MPaであり、さらに好ましくは10~42MPaである。なお、加圧は、所定の加圧量まで一気に上げて行ってもよいが、熱電変換材料層の形状安定性の維持及び熱電変換材料層内の空隙をより多く減少させ熱電変換材料の充填率を向上させる観点から、適宜調整するが、通常0.1~50MPa/分、好ましくは0.5~30MPa/分、さらに好ましくは1.0~10MPa/分で所定の加圧量まで加圧量を増加させる。
加圧時間は、加圧方法により異なるが、通常5秒~5時間、好ましくは30秒~3時間、より好ましくは5分~2時間、さらに好ましくは10分~1時間である。
加圧量及び加圧時間がこの範囲であれば、充填率が増大し、アニール処理後の熱電変換材料層の電気伝導率が向上しやすくなる。
In one embodiment, the pressurization is preferably performed under atmospheric pressure after cooling the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in step (B) to room temperature, and in another embodiment, the pressurization is preferably performed while maintaining the drying temperature without cooling the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in step (B) to room temperature, and then the thermoelectric conversion material layer is subjected to an annealing treatment step described later as the next step.
Examples of the pressurizing method include a method using a physical pressurizing means such as a hydraulic press, a vacuum press, or a weight. The amount of pressurization varies depending on the viscosity of the thermoelectric conversion material layer, the amount of voids, etc., but is usually 0.1 to 80 MPa, preferably 1.0 to 60 MPa, more preferably 5 to 50 MPa, and even more preferably 10 to 42 MPa. The pressurization may be increased to a predetermined amount all at once, but is appropriately adjusted from the viewpoint of maintaining the shape stability of the thermoelectric conversion material layer and reducing the voids in the thermoelectric conversion material layer as much as possible to improve the filling rate of the thermoelectric conversion material. The amount of pressurization is usually increased to a predetermined amount at 0.1 to 50 MPa/min, preferably 0.5 to 30 MPa/min, and even more preferably 1.0 to 10 MPa/min.
The pressurizing time varies depending on the pressurizing method, but is usually 5 seconds to 5 hours, preferably 30 seconds to 3 hours, more preferably 5 minutes to 2 hours, and further preferably 10 minutes to 1 hour.
If the pressure amount and pressure time are within this range, the packing rate increases, and the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material layer after annealing treatment tends to improve.

(D)アニール処理工程
アニール処理工程は、前記(C)の工程で得られた加圧された熱電変換材料層をアニール処理する工程であり、例えば、図3(c)においては、加圧後の熱電変換材料層2sをアニール処理の温度でアニールする工程である(アニール処理後、熱電変換材料層2tが得られる)。
熱電変換材料層は、薄膜として形成、乾燥後、アニール処理を行うことで、熱電性能を安定化させるとともに、薄膜中の熱電半導体粒子を結晶成長させることができ、熱電性能をさらに向上させることができる。
(D) Annealing step The annealing step is a step of annealing the pressurized thermoelectric conversion material layer obtained in the step (C). For example, in FIG. 3(c), it is a step of annealing the thermoelectric conversion material layer 2s after pressurization at an annealing temperature (after the annealing step, a thermoelectric conversion material layer 2t is obtained).
The thermoelectric conversion material layer is formed as a thin film, dried, and then annealed to stabilize the thermoelectric performance and induce crystal growth of the thermoelectric semiconductor particles in the thin film, thereby further improving the thermoelectric performance.

アニール処理は、熱電変換材料層を加圧した状態、又は加圧しない状態で行われる。加圧する場合の加圧量は、通常0.1~80MPaであり、好ましくは1.0~60MPaであり、より好ましくは5~50MPaであり、さらに好ましくは10~42MPaである。
また、特に限定されないが、通常、ガス流量が制御された、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下、還元ガス雰囲気下、または真空条件下で行われ、熱電半導体組成物に用いる熱電半導体材料、耐熱性樹脂、イオン液体、無機イオン性化合物等に依存するが、アニール処理の温度は、通常100~600℃で、数分~数十時間、好ましくは250~450℃で、数分~数十時間行う。
The annealing treatment is performed with or without applying pressure to the thermoelectric conversion material layer. When applying pressure, the amount of pressure is usually 0.1 to 80 MPa, preferably 1.0 to 60 MPa, more preferably 5 to 50 MPa, and further preferably 10 to 42 MPa.
Furthermore, although not particularly limited, the annealing treatment is usually performed under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, under a reducing gas atmosphere, or under vacuum conditions with a controlled gas flow rate, and although it depends on the thermoelectric semiconductor material, heat-resistant resin, ionic liquid, inorganic ionic compound, etc. used in the thermoelectric semiconductor composition, the annealing temperature is usually 100 to 600° C., and the annealing time is from several minutes to several tens of hours, and preferably 250 to 450° C., and the annealing time is from several minutes to several tens of hours.

前記熱電変換材料層の厚さは、加圧により形状安定性及び熱電性能が損なわれなければ特に制限はなく、前述したとおりである。The thickness of the thermoelectric conversion material layer is not particularly limited as long as the shape stability and thermoelectric performance are not impaired by pressure, as described above.

本発明の熱電変換材料層の製造方法によれば、簡便な方法で電気伝導率が向上された熱電変換材料層を製造することができる。According to the method for producing a thermoelectric conversion material layer of the present invention, a thermoelectric conversion material layer having improved electrical conductivity can be produced in a simple manner.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

実施例、比較例で作製した熱電変換材料層中の熱電半導体組成物の充填率の評価及び電気伝導率の評価は、以下の方法で行った。
(a)充填率の評価
実施例及び比較例で作製した熱電変換材料層に対し、研磨装置(リファインテック社製、型名:リファイン・ポリッシャーHV)によって熱電変換材料層の中央部を含む縦断面出しを行い、FE-SEM/EDX(FE-SEM:日立ハイテクノロジーズ社製、型名:S-4700)を用い、縦断面の観察を行い、次いで、Image J(画像処理ソフト、ver.1.44P)を用い、熱電変換材料層の縦断面の面積における熱電半導体組成物の面積の占める割合で定義される充填率を算出した。
充填率の測定においては、倍率500倍のSEM画像(縦断面)を用いて、測定範囲を熱電変換材料層とアルミナ基板との境界を基準として幅方向に1280pixel、厚さ方向に220pixelで囲まれる範囲とし、画像として切り出した。切り出した画像を「Brightness/Contrast」からコントラストを最大値にして二値化処理を行い、二値化処理における暗部を空隙部、明部を熱電半導体組成物と見なし「Threshold」にて、熱電半導体組成物の充填率を算出した。充填率はSEM画像3枚について算出し、それらの平均値とした。
なお、切り出す画像は、縦断面の領域部内で選択されるものであり、例えば、図2の(a)においては、熱電変換材料層の周囲の空隙部(空気層部)が取り込まれることが無いように、縦断面の幅方向にX、厚さ方向にDminを超えることがない領域を選択した。
(b)電気伝導率の評価
実施例及び比較例で作製した熱電変換材料層について、低抵抗測定装置(日置社製、型名:RM3545)を用いて、25℃60%RHの環境下で、四端子法で表面抵抗値を測定し、電気伝導率を算出した。
The filling rate of the thermoelectric semiconductor composition in the thermoelectric conversion material layers produced in the Examples and Comparative Examples and the electrical conductivity were evaluated by the following methods.
(a) Evaluation of filling rate For the thermoelectric conversion material layers produced in the examples and comparative examples, a longitudinal section including the center of the thermoelectric conversion material layer was prepared using a polishing device (manufactured by Refine Tech Co., Ltd., model name: Refine Polisher HV), and the longitudinal section was observed using FE-SEM/EDX (FE-SEM: manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, model name: S-4700). Next, the filling rate, which is defined as the ratio of the area of the thermoelectric semiconductor composition to the area of the longitudinal section of the thermoelectric conversion material layer, was calculated using Image J (image processing software, ver. 1.44P).
In measuring the filling rate, a SEM image (longitudinal cross section) with a magnification of 500 times was used, and the measurement range was set to a range surrounded by 1280 pixels in the width direction and 220 pixels in the thickness direction based on the boundary between the thermoelectric conversion material layer and the alumina substrate, and the image was cut out. The cut-out image was binarized by setting the contrast to the maximum value in "Brightness/Contrast", and the dark parts in the binarization process were regarded as voids and the bright parts as thermoelectric semiconductor composition, and the filling rate of the thermoelectric semiconductor composition was calculated using "Threshold". The filling rate was calculated for three SEM images and the average value was calculated.
The image to be cut out is selected within the region of the longitudinal section. For example, in FIG. 2A, a region that does not exceed X in the width direction of the longitudinal section and Dmin in the thickness direction is selected so as to avoid incorporating voids (air layers) around the thermoelectric conversion material layer.
(b) Evaluation of Electrical Conductivity For the thermoelectric conversion material layers produced in the examples and comparative examples, the surface resistance was measured by a four-terminal method using a low resistance measurement device (manufactured by HIOKI CORPORATION, model name: RM3545) in an environment of 25°C and 60% RH, and the electrical conductivity was calculated.

(実施例1)
<熱電変換材料層の作製>
(1)熱電半導体組成物の作製
(熱電半導体粒子の作製)
ビスマス-テルル系熱電半導体材料であるP型ビスマステルライドBi0.4TeSb1.6(高純度化学研究所製、粒径:180μm)を、遊星型ボールミル(フリッチュジャパン社製、Premium line P-7)を使用し、窒素ガス雰囲気下で粉砕することで、平均粒径2.0μmの熱電半導体粒子を作製した。粉砕して得られた熱電半導体粒子に関して、レーザー回折式粒度分析装置(Malvern社製、マスターサイザー3000)により粒度分布測定を行った。
(熱電半導体組成物の塗工液の調製)
上記で得られたP型ビスマステルライドBi0.4TeSb1.6粒子82.5質量%、耐熱性樹脂としてポリイミド前駆体であるポリアミック酸(宇部興産社製、U-ワニスA、溶媒:N-メチルピロリドン、固形分濃度:18質量%)3.2質量%(固形分)、及びイオン液体として1-ブチルピリジニウムブロミド14.3質量%を混合分散した熱電半導体組成物からなる塗工液を調製した。
(2)熱電変換材料層の形成及び加圧処理
アルミナ基板(京セラ社製、商品名:アルミナ基板 A0476T、100mm×100mm、厚さ:1mm)上に、上記(1)で調製した塗工液を、アプリケーターを用いてベタ膜として印刷し、温度140℃で40分間アルゴン雰囲気下で乾燥し、厚さが37μmの薄膜(アニール処理前の熱電変換材料層)を形成した。
次いで、乾燥後の熱電変換材料層を室温まで冷却し、熱電変換材料層を印刷したアルミナ基板を5mm×15mmサイズに切り出した。その後、油圧式プレス機(テスター産業社製、型名:SA-30卓上型テストプレス)を用いて、室温、大気雰囲気下において、熱電変換材料層の上面全体に対して均一に40.0MPaで1分間、加圧処理を行った。
さらに、加圧処理をして得られた熱電変換材料層に対し、水素とアルゴンの混合ガス(水素:アルゴン=3体積%:97体積%)雰囲気下で、加温速度5K/minで昇温し、430℃で30分間保持し、前記熱電変換材料層をアニール処理し、熱電半導体材料の粒子を結晶成長させ、熱電変換材料層を作製した。得られた熱電変換材料層に対し、充填率の評価及び電気伝導率の評価を行った。結果を表1に示す。
Example 1
<Preparation of Thermoelectric Conversion Material Layer>
(1) Preparation of Thermoelectric Semiconductor Composition (Preparation of Thermoelectric Semiconductor Particles)
P - type bismuth telluride Bi0.4Te3Sb1.6 (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory, particle size: 180 μm), which is a bismuth-tellurium based thermoelectric semiconductor material, was pulverized in a nitrogen gas atmosphere using a planetary ball mill (Premium line P-7, manufactured by Fritsch Japan) to produce thermoelectric semiconductor particles with an average particle size of 2.0 μm. The particle size distribution of the thermoelectric semiconductor particles obtained by pulverization was measured using a laser diffraction particle size analyzer (Malvern, Mastersizer 3000).
(Preparation of Coating Solution of Thermoelectric Semiconductor Composition)
A coating liquid was prepared comprising a thermoelectric semiconductor composition in which 82.5 mass% of the P-type bismuth telluride Bi0.4Te3Sb1.6 particles obtained above, 3.2 mass% (solids) of a polyamic acid (Ube Industries, Ltd., U-Varnish A, solvent: N-methylpyrrolidone, solids concentration: 18 mass%) which is a polyimide precursor as a heat-resistant resin, and 14.3 mass% of 1-butylpyridinium bromide as an ionic liquid were mixed and dispersed.
(2) Formation of Thermoelectric Conversion Material Layer and Pressurization Treatment The coating liquid prepared in (1) above was printed as a solid film on an alumina substrate (manufactured by Kyocera Corporation, product name: Alumina Substrate A0476T, 100 mm × 100 mm, thickness: 1 mm) using an applicator, and dried at a temperature of 140°C for 40 minutes in an argon atmosphere to form a thin film (thermoelectric conversion material layer before annealing treatment) with a thickness of 37 µm.
The dried thermoelectric conversion material layer was then cooled to room temperature, and the alumina substrate on which the thermoelectric conversion material layer was printed was cut into a size of 5 mm × 15 mm. Thereafter, a hydraulic press (manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd., model name: SA-30 benchtop test press) was used to uniformly apply pressure to the entire upper surface of the thermoelectric conversion material layer at 40.0 MPa for 1 minute at room temperature in the air.
Furthermore, the thermoelectric conversion material layer obtained by the pressure treatment was heated at a heating rate of 5K/min in an atmosphere of a mixed gas of hydrogen and argon (hydrogen:argon = 3 volume %:97 volume %) and held at 430°C for 30 minutes to anneal the thermoelectric conversion material layer, causing crystal growth of the particles of the thermoelectric semiconductor material, and producing a thermoelectric conversion material layer. The resulting thermoelectric conversion material layer was evaluated for packing rate and electrical conductivity. The results are shown in Table 1.

(実施例2)
実施例1において、熱電変換材料層の上面全体に対して均一に30.0MPaで加圧処理を行った以外は、実施例1と同様に熱電変換材料層を作製した。得られた熱電変換材料層に対し、充填率の評価及び電気伝導率の評価を行った。結果を表1に示す。
Example 2
A thermoelectric conversion material layer was produced in the same manner as in Example 1, except that a pressure treatment of 30.0 MPa was uniformly performed on the entire upper surface of the thermoelectric conversion material layer. The resulting thermoelectric conversion material layer was evaluated for filling rate and electrical conductivity. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1において、加圧処理をしない以外は、実施例1と同様に熱電変換材料層を作製し、得られた熱電変換材料層に対し、充填率の評価及び電気伝導率の評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A thermoelectric conversion material layer was prepared in the same manner as in Example 1, except that the pressure treatment was not performed, and the resulting thermoelectric conversion material layer was evaluated for its filling rate and electrical conductivity. The results are shown in Table 1.

Figure 0007631188000001
Figure 0007631188000001

熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層中の熱電変換材料の充填率が本発明の規定を満たす実施例1~2では、充填率が本発明の規定の範囲外である比較例1と比べ、電気伝導率が50~118%増大することがわかる。このため、本発明の熱電変換材料層及びその製造方法を熱電変換モジュールに適用することにより、当該熱電変換モジュールの熱電性能の向上を図ることができる。It can be seen that in Examples 1 and 2, in which the filling rate of the thermoelectric conversion material in the thermoelectric conversion material layer made of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition satisfies the requirements of the present invention, the electrical conductivity increases by 50 to 118% compared to Comparative Example 1, in which the filling rate is outside the range of the requirements of the present invention. Therefore, by applying the thermoelectric conversion material layer and the method for producing the same of the present invention to a thermoelectric conversion module, it is possible to improve the thermoelectric performance of the thermoelectric conversion module.

本発明の熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層及びその製造方法によれば、熱電変換材料層の電気伝導率が増大するため、本発明の熱電変換材料層を熱電変換モジュールに組み込むことにより熱電性能の向上が期待できる。同時に、得られた熱電変換モジュールは、従来型の熱電半導体材料の焼結体を用いた熱電変換モジュールに比べ、屈曲性を有するとともに、薄型化(小型、軽量)が実現できる可能性を有する。
上記の熱電変換材料層を用いた熱電変換モジュールは、工場や廃棄物燃焼炉、セメント燃焼炉等の各種燃焼炉からの排熱、自動車の燃焼ガス排熱及び電子機器の排熱を電気に変換する発電用途に適用することが考えられる。冷却用途としては、エレクトロニクス機器の分野において、例えば、半導体素子である、CCD(Charge Coupled Device)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、受光素子等の各種センサーの温度制御等に適用することが考えられる。
According to the thermoelectric conversion material layer made of a coating film of the thermoelectric semiconductor composition of the present invention and the manufacturing method thereof, the electrical conductivity of the thermoelectric conversion material layer is increased, so that by incorporating the thermoelectric conversion material layer of the present invention into a thermoelectric conversion module, it is expected that the thermoelectric performance will be improved. At the same time, the obtained thermoelectric conversion module has flexibility and the possibility of realizing a thinner (smaller, lighter) module compared to a thermoelectric conversion module using a conventional sintered body of a thermoelectric semiconductor material.
The thermoelectric conversion module using the above-mentioned thermoelectric conversion material layer is considered to be applicable to power generation applications in which exhaust heat from various combustion furnaces such as factories, waste combustion furnaces, and cement combustion furnaces, exhaust heat from automobile combustion gases, and exhaust heat from electronic devices are converted into electricity. As cooling applications, in the field of electronic equipment, for example, it is considered to be applicable to temperature control of various sensors such as semiconductor elements, such as CCDs (Charge Coupled Devices), MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and light receiving elements.

1a:基板
1b:アルミナ基板
2,2s,2t:熱電変換材料層
3:空隙部
3a,4a:空隙部
3b:空隙部(比較例1)
4b:空隙部(実施例1)
5:プレス加圧部
X:長さ(幅方向)
Y:長さ(奥行き方向)
D:厚さ(厚さ方向)
Dmax:厚さ方向の厚さの最大値(縦断面)
Dmin:厚さ方向の厚さの最小値(縦断面)
C:熱電変換材料層の中央部
1a: Substrate 1b: Alumina substrate 2, 2s, 2t: Thermoelectric conversion material layer 3: Gap portion 3a, 4a: Gap portion 3b: Gap portion (Comparative Example 1)
4b: Void portion (Example 1)
5: Press pressure section X: Length (width direction)
Y: Length (depth direction)
D: Thickness (thickness direction)
Dmax: maximum thickness in the thickness direction (longitudinal section)
Dmin: minimum thickness in the thickness direction (longitudinal section)
C: Center part of the thermoelectric conversion material layer

Claims (6)

熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層であって、
前記熱電半導体組成物は熱電半導体材料及び耐熱性樹脂を含み、
前記熱電変換材料層は空隙を有し、
前記熱電変換材料層の厚さは3~600μmであり、
前記耐熱性樹脂が、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、又はポリアミドイミド樹脂であり、
前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積における前記熱電半導体組成物の面積の占める割合を充填率としたときに、前記充填率が、0.800以上1.000未満である、熱電変換材料層。
A thermoelectric conversion material layer formed of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition,
The thermoelectric semiconductor composition includes a thermoelectric semiconductor material and a heat-resistant resin,
the thermoelectric conversion material layer has voids,
The thickness of the thermoelectric conversion material layer is 3 to 600 μm,
the heat-resistant resin is a polyimide resin, a polyamide resin, or a polyamideimide resin;
a filling rate defined as a ratio of an area of the thermoelectric semiconductor composition to an area of a longitudinal cross section including a central portion of the thermoelectric conversion material layer, the filling rate being 0.800 or more and less than 1.000.
前記熱電半導体材料がビスマス-テルル系熱電半導体材料、テルライド系熱電半導体材料、アンチモン-テルル系熱電半導体材料、又はビスマスセレナイド系熱電半導体材料である、請求項1に記載の熱電変換材料層。 The thermoelectric conversion material layer according to claim 1, wherein the thermoelectric semiconductor material is a bismuth-tellurium-based thermoelectric semiconductor material, a telluride-based thermoelectric semiconductor material, an antimony-tellurium-based thermoelectric semiconductor material, or a bismuth selenide-based thermoelectric semiconductor material. 前記熱電半導体組成物が、さらに、イオン液体及び/又は無機イオン性化合物を含む、請求項1又は2に記載の熱電変換材料層。 The thermoelectric conversion material layer according to claim 1 or 2 , wherein the thermoelectric semiconductor composition further contains an ionic liquid and/or an inorganic ionic compound. 前記充填率が、0.850~0.999である、請求項1~のいずれか1項に記載の熱電変換材料層。 The thermoelectric conversion material layer according to any one of claims 1 to 3 , wherein the packing ratio is 0.850 to 0.999. 熱電半導体組成物の塗布膜からなる熱電変換材料層であり、
前記熱電半導体組成物は熱電半導体材料及び耐熱性樹脂を含み、
前記熱電変換材料層は空隙を有し、
前記熱電変換材料層の厚さは3~600μmであり、
前記熱電変換材料層の中央部を含む縦断面の面積における前記熱電半導体組成物の面積の占める割合を充填率としたときに、前記充填率が、0.800以上1.000未満である、
熱電変換材料層を製造する方法であって、(A)熱電変換材料層を形成する工程、
(B)前記(A)の工程で得られた熱電変換材料層を乾燥する工程、
(C)前記(B)の工程で得られた乾燥後の熱電変換材料層を加圧する工程、及び
(D)前記(C)の工程で得られた加圧された熱電変換材料層をアニール処理する工程、
を含
前記加圧が、5~60MPaで行われる、
熱電変換材料層の製造方法。
a thermoelectric conversion material layer formed of a coating film of a thermoelectric semiconductor composition;
The thermoelectric semiconductor composition includes a thermoelectric semiconductor material and a heat-resistant resin,
the thermoelectric conversion material layer has voids,
The thickness of the thermoelectric conversion material layer is 3 to 600 μm,
When the ratio of the area of the thermoelectric semiconductor composition to the area of a vertical cross section including a central portion of the thermoelectric conversion material layer is defined as a filling rate, the filling rate is 0.800 or more and less than 1.000.
A method for producing a thermoelectric conversion material layer, comprising: (A) forming a thermoelectric conversion material layer;
(B) a step of drying the thermoelectric conversion material layer obtained in the step (A);
(C) a step of pressing the thermoelectric conversion material layer after drying obtained in the step (B); and (D) a step of annealing the pressed thermoelectric conversion material layer obtained in the step (C).
Including ,
The pressurization is performed at 5 to 60 MPa.
A method for producing a thermoelectric conversion material layer.
前記アニール処理の温度が、250~600℃で行われる、請求項に記載の熱電変換材料層の製造方法。 The method for producing a thermoelectric conversion material layer according to claim 5 , wherein the annealing temperature is 250 to 600°C.
JP2021511900A 2019-03-29 2020-03-26 Thermoelectric conversion material layer and method for producing same Active JP7631188B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019069127 2019-03-29
JP2019069127 2019-03-29
PCT/JP2020/013552 WO2020203612A1 (en) 2019-03-29 2020-03-26 Thermoelectric material layer and method for producing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020203612A1 JPWO2020203612A1 (en) 2020-10-08
JP7631188B2 true JP7631188B2 (en) 2025-02-18

Family

ID=72668429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021511900A Active JP7631188B2 (en) 2019-03-29 2020-03-26 Thermoelectric conversion material layer and method for producing same

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7631188B2 (en)
CN (1) CN113632252A (en)
TW (1) TWI841718B (en)
WO (1) WO2020203612A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023021733A (en) * 2021-08-02 2023-02-14 リンテック株式会社 Thermoelectric conversion material layer

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000012915A (en) 1998-06-22 2000-01-14 Daiken Kagaku Kogyo Kk Thermoelectric conversion material
JP2002084006A (en) 2000-09-07 2002-03-22 Daiken Kagaku Kogyo Kk Oxide thermoelectric conversion material
JP2002223013A (en) 2001-01-29 2002-08-09 Kyocera Corp Thermoelectric conversion element and method for manufacturing the same
JP2003258323A (en) 2002-03-07 2003-09-12 Citizen Watch Co Ltd Thermoelectric device
JP2006261384A (en) 2005-03-17 2006-09-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Structure of oxide thermoelectric conversion material
JP2011077163A (en) 2009-09-29 2011-04-14 Fujitsu Ltd Thermoelectric conversion element, and method of manufacturing the same
US20110220165A1 (en) 2010-03-11 2011-09-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Thermoelectric device including thermoelectric body including vacancy cluster
JP2011198778A (en) 2008-07-15 2011-10-06 Panasonic Corp Method for manufacturing thermoelectric device
JP2012146961A (en) 2010-12-10 2012-08-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Deposition of thermoelectric materials by printing
US20120248386A1 (en) 2011-04-01 2012-10-04 The Ohio State University Thermoelectric materials having porosity
JP2014029932A (en) 2012-07-31 2014-02-13 Nippon Valqua Ind Ltd Thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion sheet and manufacturing method therefor, and thermoelectric conversion module
JP2016066795A (en) 2014-09-22 2016-04-28 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Silicon- and tellurium-doped skutterudite thermoelectric conversion semiconductor, method for manufacturing the same, and thermoelectric power-generation element arranged by use thereof
WO2016104615A1 (en) 2014-12-26 2016-06-30 リンテック株式会社 Peltier cooling element and method for manufacturing same
JP2017041540A (en) 2015-08-20 2017-02-23 リンテック株式会社 Peltier cooling element and method for manufacturing the same
WO2017122627A1 (en) 2016-01-13 2017-07-20 積水化学工業株式会社 Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion device
JP2017135337A (en) 2016-01-29 2017-08-03 株式会社東芝 Thermoelectric conversion element
WO2018110403A1 (en) 2016-12-13 2018-06-21 リンテック株式会社 Thermoelectric conversion material and method for producing same
WO2018159291A1 (en) 2017-02-28 2018-09-07 リンテック株式会社 Thermoelectric conversion module and method for producing same
US20190035995A1 (en) 2016-04-28 2019-01-31 University-Industry Foundation (Uif), Yonsei University Thermoelectric material, method of fabricating the same, and thermoelectric device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI853834B (en) * 2018-08-28 2024-09-01 日商琳得科股份有限公司 Semiconductor components

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000012915A (en) 1998-06-22 2000-01-14 Daiken Kagaku Kogyo Kk Thermoelectric conversion material
JP2002084006A (en) 2000-09-07 2002-03-22 Daiken Kagaku Kogyo Kk Oxide thermoelectric conversion material
JP2002223013A (en) 2001-01-29 2002-08-09 Kyocera Corp Thermoelectric conversion element and method for manufacturing the same
JP2003258323A (en) 2002-03-07 2003-09-12 Citizen Watch Co Ltd Thermoelectric device
JP2006261384A (en) 2005-03-17 2006-09-28 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Structure of oxide thermoelectric conversion material
JP2011198778A (en) 2008-07-15 2011-10-06 Panasonic Corp Method for manufacturing thermoelectric device
JP2011077163A (en) 2009-09-29 2011-04-14 Fujitsu Ltd Thermoelectric conversion element, and method of manufacturing the same
US20110220165A1 (en) 2010-03-11 2011-09-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Thermoelectric device including thermoelectric body including vacancy cluster
JP2012146961A (en) 2010-12-10 2012-08-02 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Deposition of thermoelectric materials by printing
US20120248386A1 (en) 2011-04-01 2012-10-04 The Ohio State University Thermoelectric materials having porosity
JP2014029932A (en) 2012-07-31 2014-02-13 Nippon Valqua Ind Ltd Thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion sheet and manufacturing method therefor, and thermoelectric conversion module
JP2016066795A (en) 2014-09-22 2016-04-28 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Silicon- and tellurium-doped skutterudite thermoelectric conversion semiconductor, method for manufacturing the same, and thermoelectric power-generation element arranged by use thereof
WO2016104615A1 (en) 2014-12-26 2016-06-30 リンテック株式会社 Peltier cooling element and method for manufacturing same
JP2017041540A (en) 2015-08-20 2017-02-23 リンテック株式会社 Peltier cooling element and method for manufacturing the same
WO2017122627A1 (en) 2016-01-13 2017-07-20 積水化学工業株式会社 Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion device
JP2017135337A (en) 2016-01-29 2017-08-03 株式会社東芝 Thermoelectric conversion element
US20190035995A1 (en) 2016-04-28 2019-01-31 University-Industry Foundation (Uif), Yonsei University Thermoelectric material, method of fabricating the same, and thermoelectric device
WO2018110403A1 (en) 2016-12-13 2018-06-21 リンテック株式会社 Thermoelectric conversion material and method for producing same
WO2018159291A1 (en) 2017-02-28 2018-09-07 リンテック株式会社 Thermoelectric conversion module and method for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
TW202105778A (en) 2021-02-01
CN113632252A (en) 2021-11-09
JPWO2020203612A1 (en) 2020-10-08
TWI841718B (en) 2024-05-11
WO2020203612A1 (en) 2020-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6683132B2 (en) Peltier cooling element and manufacturing method thereof
JP7406756B2 (en) Thermoelectric conversion module and its manufacturing method
JP7486949B2 (en) Electrode material for thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion module using the same
JP2025000945A (en) Method for manufacturing a thermoelectric conversion element
WO2019188862A1 (en) Thermoelectric conversion module
JP7348192B2 (en) semiconductor element
JP7631188B2 (en) Thermoelectric conversion material layer and method for producing same
US11974504B2 (en) Thermoelectric conversion body, thermoelectric conversion module, and method for manufacturing thermoelectric conversion body
JP7543140B2 (en) Thermoelectric conversion material chip
WO2022071043A1 (en) Thermoelectric conversion material layer
US12239020B2 (en) Thermoelectric conversion module
JP7458375B2 (en) Method for manufacturing chips of thermoelectric conversion materials
JP2021057481A (en) Manufacturing method for thermoelectric conversion element
JP7648274B2 (en) Thermoelectric conversion element and its manufacturing method
WO2020203611A1 (en) Method for forming solder receiving layer on chip of thermoelectric conversion material
JP2025020397A (en) Thermoelectric conversion module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240305

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240502

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7631188

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150