(57)【要約】【課題】熱電変換材料膜の電気抵抗が低く、出力が高い熱電変換素子及びこれを用いた熱電変換装置を提供する。【解決手段】互いに同一の導電型を有する２層以上の熱電層が、接着層を介して積層された積層熱電膜を含む熱電変換素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに同一の導電型を有する２層以上の熱電層が、接着層を介して積層された積層熱電膜を含む熱電変換素子。
【請求項２】
前記接着層が樹脂を含む請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記樹脂が、前記熱電層と同一の導電型を有する熱電変換材料を含む請求項２に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記接着層が空隙部を有する請求項１から３のいずれか１項に記載に熱電変換素子。
【請求項５】
前記接着層が、半導体又は金属である請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項６】
さらに、前記積層熱電膜の互いに対向する１組の端部のそれぞれに接合された端子電極を含む請求項１から５のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項７】
さらに、前記積層熱電膜の一方の表面に面接合された支持基板を含む請求項１から６のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記支持基板は、前記積層熱電膜側とは反対側の表面の縁部の少なくとも一部に凸部が設けられている請求項７項に記載の熱電変換素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の熱電変換素子を備える熱電変換装置。
【請求項１０】
Ｐ型の導電型を有する２層以上のＰ型熱電層が接着層を介して積層されたＰ型積層熱電膜と、Ｎ型の導電型を有する２層以上のＮ型熱電層が接着層を介して積層されたＮ型積層熱電膜とが、絶縁基板を介して積層された熱電膜積層体を含む熱電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換素子及び熱電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素削減、環境保護といった観点から、クリーンな発電機構として、熱電変換素子が注目されている。熱電変換素子は、今まで廃棄されていた熱エネルギーを電気エネルギーに変換して利用するものであり、エネルギー変換性能を高めた、高効率な熱電変換素子の開発が求められている（例えば、下記特許文献１を参照。）。
【０００３】
具体的に、下記特許文献１には、絶縁性基板と、Ｐ型及びＮ型のいずれか一方の熱電変換材料からなり、絶縁性基板の第１の面上に相互に間隔をおいて複数配置された熱電変換材料膜と、各熱電変換材料膜上にそれぞれ相互に離隔して形成された第１の電極及び第２の電極と、絶縁性基板の第１の面側に配置され、第１の電極に接触する凸部が設けられた第１の伝熱部材と、絶縁性基板の第２の面側に配置され、絶縁性基板の第２の面上であって第２の電極に対応する領域に接触する凸部が設けられた第２の伝熱部材とを有する熱電変換モジュール（熱電変換装置）が開示されている。
【０００４】
また、この熱電変換モジュールでは、第１の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に沿って形成され、第２の電極が熱電変換材料膜の一方の辺に対向する他方の辺に沿って形成され、第１の電極が一方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第２の電極に接続され、第２の電極が他方の側に隣接する熱電変換材料膜上の第１の電極に接続された構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０６５１８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱電変換材料膜を利用した熱電変換素子において、熱電変換素子の出力を向上させるために、熱電変換材料膜の膜厚を厚くして、熱電変換材料膜の電気抵抗を低くすることは有効である。しかしながら、熱電変換材料膜の膜厚を厚くすると、熱電変換材料膜内の内部応力が部分的に集中することによって、熱電変換材料膜の熱電変換効率などの特性が低下して、十分な出力が得られにくくなることがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、熱電変換材料膜の電気抵抗が低く、出力が高い熱電変換素子及びこれを用いた熱電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
（１）互いに同一の導電型を有する２層以上の熱電層が、接着層を介して積層された積層熱電膜を含む熱電変換素子。
（２）前記接着層が樹脂を含む前記（１）に記載の熱電変換素子。
（３）前記樹脂が、前記熱電層と同一の導電型を有する熱電変換材料を含む前記（２）に記載の熱電変換素子。
（４）  前記接着層が空隙部を有する前記（１）から（３）のいずれか１項に記載に熱電変換素子。
（５）前記接着層が、半導体又は金属である前記（１）に記載の熱電変換素子。
（６）さらに、前記積層熱電膜の互いに対向する１組の端部のそれぞれに接合された端子電極を含む前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
（７）さらに、前記積層熱電膜の一方の表面に面接合された支持基板を含む前記（１）から（６）のいずれか１項に記載の熱電変換素子。
（８）前記支持基板は、前記積層熱電膜側とは反対側の表面の縁部の少なくとも一部に凸部が設けられている前記（７）に記載の熱電変換素子。
【０００９】
（９）前記（１）から（８）のいずれか１項に記載の熱電変換素子を備える熱電変換装置。
（１０）Ｐ型の導電型を有する２層以上のＰ型熱電層が接着層を介して積層されたＰ型積層熱電膜と、Ｎ型の導電型を有する２層以上のＮ型熱電層が接着層を介して積層されたＮ型積層熱電膜とが、絶縁基板を介して積層された熱電膜積層体を含む熱電変換装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱電変換材料膜の電気抵抗が低く、出力が高い熱電変換素子及びこれを用いた熱電変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子の概略構成を示す図面であり、（ａ）は平面図であって、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子における空隙部を有する接合層の一例を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子における空隙部を有する接合層の別の一例を示す部分斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子の製造方法における積層工程の一例を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子の製造方法における切断工程の一例を説明する斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子の製造方法における積層工程の別の一例を説明する断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の斜視図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図７に示す熱電変換装置で用いられている熱電変換素子の端子電極の配列の一例を説明する図面であり、（ａ）は、第２伝熱板側から見た端子電極の配列であり、（ｂ）は、第１伝熱板側から見た端子電極の配列である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置で用いられる熱電変換素子ユニットの製造方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態に係る熱電変換素子の構成を、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱電変換素子の概略構成を示す図面であり、（ａ）は平面図であって、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００１４】
本実施形態の熱電変換素子１０は、図１に示すように、支持基板１１と、支持基板１１の一方の面（本実施形態では上面）に面接合された積層熱電膜１２とを有する。熱電変換素子１０は平面視で矩形状とされている。積層熱電膜１２は、２層以上の熱電層１３（本実施形態では４層の熱電層１３ａ〜１３ｄ）がそれぞれ接着層１４を介して積層された積層膜とされている。
【００１５】
支持基板１１としては、絶縁基板を用いることができる。絶縁基板としては、例えばガラス基板を用いることが好ましい。後述する陽極接合により支持基板１１と熱電層１３とを接合する観点では、支持基板１１のガラス基板としてはアルカリイオンを含むガラスを用いることが好ましい。熱電層１３膜が後述するシリコン系材料の場合、ガラス基板の材料としてホウケイ酸ガラスを使用することが好ましい。ホウケイ酸ガラスはシリコン系材料と熱膨張係数が近いため、支持基板１１と熱電層１３との接合界面からの剥がれや割れ等を抑制できる。
【００１６】
積層熱電膜１２を構成する熱電層１３ａ〜１３ｄは、それぞれ同一の導電型を有する。すなわち、熱電層１３ａ〜１３ｄは、それぞれＮ型又はＰ型のいずれか一方の導電型を有する。熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれ同一の導電型を有し、それらが接着層１４を介して面接合することによって、熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれ互いに並列接続された積層熱電膜１２が構成される。なお、熱電層１３ａ〜１３ｄは、それぞれ同一の導電型を有していれば、熱電層１３ａ〜１３ｄを構成する材料は異なっていてもよい。
【００１７】
積層熱電膜１２が、熱電層１３ａ〜１３ｄの導電型がＮ型とされたＮ型積層熱電膜である場合、積層熱電膜１２には、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。Ｎ型の熱電層１３を形成する熱電材料としては、例えば高濃度（１０１８〜１０２１ｃｍ−３）のアンチモン（Ｓｂ）がドープされた、Ｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体又はＮ型シリコン・ゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）半導体等を用いることができる。
【００１８】
積層熱電膜１２が、熱電層１３ａ〜１３ｄの導電型がＰ型とされたＰ型積層熱電膜である場合、積層熱電膜１２には、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。Ｐ型の熱電層１３を形成する熱電材料としては、例えば高濃度（１０１８〜１０２１ｃｍ−３）のボロン（Ｂ）がそれぞれドープされた、Ｐ型シリコン（Ｓｉ）半導体又はＰ型シリコン・ゲルマニウム合金（ＳｉＧｅ）半導体等を用いることができる。
【００１９】
接着層１４は、２層の熱電層１３を互いに接合する機能を有する。接着層１４としては、樹脂（接着剤）を用いることができる。樹脂は、熱電層１３に対して親和性を有するものであれば特に制限はなく、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂のいずれも用いることができるが、硬化性樹脂であることが好ましい。硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂及び紫外線硬化性樹脂のいずれも用いることができる。樹脂の例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、シアノアクリレート系樹脂又は、クロロプレンゴム系樹脂、シリコーンゴム系樹脂、スチレンブタジエンゴム系樹脂、ニトリルゴム系樹脂等のゴム・エラストマー系の樹脂を挙げることができる。
【００２０】
接着層１４として用いる樹脂は、熱電変換材料を含んでいてもよい。熱電変換材料は、熱電層１３と同一の導電型を有することが好ましい。この場合、接着層１４が熱電層としても機能するので、熱電変換素子１０の出力をより向上させることができる。接着層１４が含む、導電型がＮ型の熱電変換材料としては、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のＳｉ系材料、Ｇｅ等のＧｅ系材料、Ｂｉ２Ｔｅ３等のＢｉＴｅ系材料、ＰｂＴｅ等のＰｂＴｅ系材料、Ｍｇ２Ｓｉ等のシリサイド材料、Ｆｅ２ＶＡｌ等のホイスラー合金系材料、ＣｏＳｂ３等のスクッテルダイト系材料、Ｓｉ系材料・Ｓｎ系材料・Ｇｅ系材料のクラスレート材料又はＣａＭｎＯ３等の酸化物系材料等の粉末を用いることができる。接着層１４が含む、導電型がＰ型の熱電変換材料としては、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のＳｉ系材料、Ｇｅ等のＧｅ系材料、Ｂｉ２Ｔｅ３等のＢｉＴｅ系材料、ＰｂＴｅ等のＰｂＴｅ系材料、Ｍｇ２Ｓｉ等のシリサイド材料、Ｆｅ２ＶＡｌ等のホイスラー合金系材料、ＣｏＳｂ３等のスクッテルダイト系材料、Ｓｉ系材料・Ｓｎ系材料・Ｇｅ系材料のクラスレート材料又はＬｉドープしたＮｉＯ等の酸化物系材料等の粉末を用いることができる。Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ等のＳｉ系材料、Ｇｅ等のＧｅ系材料、Ｂｉ２Ｔｅ３等のＢｉＴｅ系材料、ＰｂＴｅ等のＰｂＴｅ系材料、Ｍｇ２Ｓｉ等のシリサイド材料、Ｆｅ２ＶＡｌ等のホイスラー合金系材料、ＣｏＳｂ３等のスクッテルダイト系材料、Ｓｉ系材料・Ｓｎ系材料・Ｇｅ系材料のクラスレート材料は、ドーパントの種類を変えることによって導電型を調整することができる。接着層１４の熱電変換材料の含有量は、０．５〜３０ｖｏｌ％の範囲内にあることが好ましい。
【００２１】
接着層１４は、空隙部を有していてもよい。この場合、熱電層１３同士の間に空隙（空気層）が形成されることによって、各熱電層１３の温接点側と冷接点側との間の接着層１４を介した熱伝導が抑えられ、各熱電層１３の温接点側と冷接点側の温度差を高く保つことができるので、熱電変換素子１０の出力をより向上させることができる。接着層１４の空隙部の割合は、５〜５０ｖｏｌ％の範囲内にあることが好ましい。
【００２２】
接着層１４に空隙部を形成する方法としては、接着層に孔部（空隙部）を複数個配列する方法、接着層を突起状接着剤を複数個配列した構成として、突起状の接着剤の間に隙間（空隙部）を形成する方法を用いることができる。空隙部を有する接合層の一例を、図２、３に示す。図２、３は、熱電層１３ａと熱電層１３ｂとの間の接着層１４の一例の部分斜視図である。
図２に示す接着層１４は、孔部１４ａ（空隙部）が複数個配列されている。図２に示す孔部１４ａは円形状とされている。ただし、孔部１４ａの形状は、特に制限はなく、楕円形状、三角形状や四角形状などの多角形状、星形状等の形状とすることができる。
【００２３】
図３に示す接着層１４は、突起状接着剤１４ｂが複数個配列した構成とされており、この突起状接着剤１４ｂの間に隙間１４ｃ（空隙部）が形成されている。図３に示す突起状接着剤１４ｂは円柱状とされている。ただし、突起状接着剤１４ｂの形状は、特に制限はなく、楕円柱状、三角柱状や四角柱状などの多角柱状、星型柱状等の形状とすることができる。
【００２４】
また、接着層１４として、半導体又は金属を用いてもよい。具体的には、２層の熱電層１３の表面にそれぞれ半導体層又は金属層を形成し、その表面に形成した半導体層同士又は金属層同士を接合することによって、熱電層１３を接合してもよい。この半導体層同士又は金属層同士の接合方法としては、例えば常温接合が挙げられる。接着層１４として用いる半導体の例としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＰ又はＩｎＡｓ等が挙げられる。また、金属の例としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｔａ又はＴｉ等が挙げられる。接着層１４として半導体を用いる場合は、その半導体を熱電変換材料とすることもできる。上記した半導体にＮ型ドーパント又はＰ型ドーパントをドーピングすることで、接着層１４をＮ型の熱電変換材料又はＰ型の熱電変換材料とすることができる。
【００２５】
本実施形態の熱電変換素子１０において形状やサイズに特は制限されないが、例えば、縦方向（図１のＹ方向）の長さは、１０〜１００ｍｍの範囲内にあることが好ましい。横方向（図１のＸ方向）の長さは、１０〜１００ｍｍの範囲内にあることが好ましい。支持基板１１の厚さ（図１のＺ方向）は、０．２５〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。各熱電層１３の厚さは、０．５μｍ〜５００μｍの範囲内になることが好ましい。接着層１４は、材料によって異なるが、樹脂の場合で２０ｎｍ〜１００μｍの範囲内にあることが好ましく、半導体又は金属の場合で１ｎｍ〜１μｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２６】
次に、本実施形態の熱電変換素子の製造方法について説明する。
熱電変換素子は、例えば、比較的サイズの大きい熱電変換板支持基板の上に、２層以上の熱電層を、接着層を介して積層して熱電変換板を得る積層工程と、得られた熱電変換板を切断して所定サイズの熱電変換素子を得る切断工程とを含む方法によって製造することができる。図４は、積層工程の一例を説明する断面図であり、図５は、切断工程の一例を説明する斜視図である。
【００２７】
積層工程では、先ず始めに、図４（ａ）に示すように、成膜用基板２５の一方の面に熱電層１３ａを成膜して、熱電層付き成膜用基板２５ａを作製する。
熱電層１３ａを成膜する方法としては、特に制限はないが、エピタキシャル成長法を用いることができる。エピタキシャル成長法を用いる場合は、成膜用基板２５としては、熱電層１３ａと格子定数が同等の結晶構造を有する基板が用いられる。また、成膜用基板２５としては、円板状の基板が用いられる。さらに、成膜用基板２５は、良好な熱電層１３ａを成膜できるように、表面洗浄されていることが好ましい。成膜用基板２５の表面を洗浄する方法としては、ＲＣＡ洗浄やフッ酸洗浄を用いることができる。
【００２８】
次いで、図４（ｂ）に示すように、熱電層付き成膜用基板２５ａの熱電層１３ａに熱電変換板支持基板２１を接合する。
熱電層１３ａに熱電変換板支持基板２１を接合する方法としては、特に制限はないが、例えば陽極接合法を用いることができる。陽極接合法とは、熱電層付き成膜用基板２５ａの熱電層１３ａと熱電変換板支持基板２１とを接触させ、成膜用基板２５を陽極とし、熱電変換板支持基板２１を負極として両者の間に直流電圧を加えることによって、熱電層１３ａと熱電変換板支持基板２１とを接合する方法である。
【００２９】
次いで、図４（ｃ）に示すように、熱電層付き成膜用基板２５ａの成膜用基板２５を除去して、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に接合された熱電層１３ａとを有する第１積層体２６ａを得る。
成膜用基板２５を除去する方法としては、機械研磨加工又はＣＭＰ加工等の研磨加工、ブラスト加工、ウエットエッチング加工又はドライエッチング加工等を用いることができる。
【００３０】
次いで、図４（ｄ）に示すように、成膜用基板２５の上に熱電層１３ｂを成膜した熱電層付き成膜用基板２５ｂを用意し、熱電層付き成膜用基板２５ｂの熱電層１３ｂと、第１積層体２６ａの熱電層１３ａとを接着剤層２４を介して貼り合わせる。
具体的には、第１積層体２６ａの熱電層１３ａの表面に接着剤（樹脂）を塗布して接着剤層２４を形成し、次いで、接着剤層２４の上に熱電層付き成膜用基板２５ｂの熱電層１３ｂを載置する。接着剤の塗布方法としては、例えば、スピンコート法を用いることができる。
【００３１】
次いで、図４（ｅ）に示すように、熱電層付き成膜用基板２５ｂの成膜用基板２５を除去する。これにより、熱電変換板支持基板２１の上に熱電層１３ａと接着剤層２４と熱電層１３ｂとがこの順で積層された第２積層体２６ｂが得られる。
【００３２】
次いで、図４（ｄ）と図４（ｅ）に示す工程を繰り返し行う。以上の操作によって、図４（ｆ）に示すように、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に４層の熱電層１３ａ〜１３ｄとが接着剤層２４を介して積層された積層熱電膜２２とを有する熱電変換板２０が得られる。
【００３３】
得られた熱電変換板２０は、図５に示すように、切り込み２７を網目状に形成することによって切断される。これによって、熱電変換素子１０が得られる。熱電変換板２０に切り込み２７を形成する方法としては、特に制限はないが、ダイシングブレードを用いる方法、レーザを用いる方法など熱電変換素子の製造で利用されている各種の方法を用いることができる。
【００３４】
図４に示す積層工程では、熱電層１３ａ〜１３ｄを、接着剤層２４（樹脂）を介して積層していたが、接着剤層２４の代わりに、半導体層又は金属層を介して積層してもよい。熱電層１３ａ〜１３ｄを、半導体層を介して積層した積層工程を説明する断面図を図６に示す。なお、図６において、図４と共通する部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
先ず、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、成膜用基板２５の上に熱電層１３ａを成膜して、熱電層付き成膜用基板２５ａを作製し（図６（ａ））、次いで、熱電層付き成膜用基板２５ａの熱電層１３ａに熱電変換板支持基板２１を接合した後（図６（ｂ））、熱電層付き成膜用基板２５ａの成膜用基板２５を除去して、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に接合された熱電層１３ａとを有する第１積層体２６ａを得る（図６（ｃ））。これらの工程は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した工程と同である。
【００３６】
次に、図６（ｄ）に示すように、第１積層体２６ａの熱電層１３ｂの表面に半導体層３４を形成する。
半導体層３４の形成方法としては、スパッタ法又は化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を用いることができる。
【００３７】
次いで、図６（ｅ）に示すように、成膜用基板２５の上に熱電層１３ｂを成膜した熱電層付き成膜用基板２５ｂを用意し、熱電層付き成膜用基板２５ｂの熱電層１３ｂの表面に半導体層３４を形成して、第１積層体２６ａ側の半導体層３４と熱電層付き成膜用基板２５ｂ側の半導体層３４とを重ね合わせる。例えば常温接合を用いる場合、高真空下で、表面を原子レベルに平坦に形成した半導体層３４同士を重ね合わせることによって、第１積層体２６ａの半導体層３４と熱電層付き成膜用基板２５ｂの半導体層３４とが接合する。
【００３８】
次いで、図６（ｆ）に示すように、熱電層付き成膜用基板２５ｂの成膜用基板２５を除去して、熱電変換板支持基板２１の上に熱電層１３ａと２層の半導体層３４と熱電層１３ｂとがこの順で積層された第２積層体３６ｂを得る。
【００３９】
次いで、図６（ｄ）〜（ｆ）に示す工程を繰り返し行う。以上の操作によって、図６（ｇ）に示すように、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に４層の熱電層１３ａ〜１３ｄとが２層の半導体層３４を介して積層された積層熱電膜３２とを含む熱電変換板３０が得られる。
【００４０】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換素子１０では、互いに同一の導電型を有する２層以上の熱電層１３が、接着層１４を介して積層された積層熱電膜１２を用いるので、各熱電層１３の厚みを薄くしても電気抵抗を低くすることができる。このため本実施形態の熱電変換素子１０は出力が向上する。
【００４１】
なお、本実施形態の熱電変換素子１０では、熱電層１３が４層とされているが、熱電層１３の層数は、２層以上であれば特に制限はない。熱電層１３の層数の上限は、通常、１００層である。
【００４２】
また、本実施形態の熱電変換素子１０は、後述する第２・第３実施形態に示すように、さらに、積層熱電膜１２の互いに対向する１組の端部のそれぞれに接合された端子電極を含む構成としてもよい。
【００４３】
さらに支持基板１１は、後述する第２・第３の実施形態に示すように、積層熱電膜１２側とは反対側の表面の縁部の少なくとも一部に凸部が設けられていてもよい。凸部を設けることによって、凸部以外の支持基板１１を薄くしても熱電変換素子１０の強度をある程度保つことができるため、支持基板１１を薄くすることによる支持基板を介した熱伝導の抑制と、熱電変換素子１０の強度とを両立させることができる。また、凸部を支持基板１１の外周に沿ったフレーム状とすることによって、熱電変換素子１０の大きな強度が得られる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の構成を図７〜図９を参照して説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の斜視図であり、図８は、図７のVIII−VIII線断面図である。図９は、図７に示す熱電変換装置で用いられている熱電変換素子の端子電極の配列の一例を説明する図面であり、（ａ）は、第２伝熱板側から見た端子電極の配列であり、（ｂ）は、第１伝熱板側から見た端子電極の配列である。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態に係る熱電変換素子１０と共通する部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施形態の熱電変換装置４０は、図５〜図７に示すように、第１伝熱板４１と、第１伝熱板４１の一方の面（本実施形態では上面）に配置されている熱電変換素子ユニット４２と、熱電変換素子ユニット４２の第１伝熱板４１側とは反対側の面（本実施形態では上面）に配置された第２伝熱板４３とを備える。本実施形態の熱電変換装置４０は、熱電変換素子ユニット４２として、第１熱電変換素子ユニット４２ａと第２熱電変換素子ユニット４２ｂの２つのユニットを有する。第１熱電変換素子ユニット４２ａ及び第２熱電変換素子ユニット４２ｂはそれぞれ、第１の方向（Ｘ方向）に交互に配列された複数個のＰ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとから構成されている。第１熱電変換素子ユニット４２ａ及び第２熱電変換素子ユニット４２ｂは第１の方向に直交する方向（Ｙ方向）に並列配置されている。また、第１伝熱板４１の上面には、第１熱電変換素子ユニット４２ａ及び第２熱電変換素子ユニット４２ｂに接続する一対の第１取出電極４４ａと第２取出電極４４ｂが配置されている。
【００４６】
Ｐ型熱電変換素子１０Ｐは、第１方向に対して垂直方向に平面（Ｙ−Ｚ面）を有する支持基板１１ａと、支持基板１１ａの平面に面接合された積層熱電膜１２とを有する。積層熱電膜１２は、４層の熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれ接着層１４を介して第１方向（Ｘ方向）に積層された積層膜であり、４層の熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれＰ型の導電型を有するＰ型熱電層であるＰ型積層熱電膜１２Ｐである。Ｐ型熱電変換素子１０Ｐは、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。Ｐ型熱電変換素子１０Ｐは、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの下側端部に接合された第１端子電極１５ａとＰ型積層熱電膜１２Ｐの上側端部に接合された第２端子電極１５ｂを有する。Ｐ型積層熱電膜１２Ｐにおいて、上側端部及び下側端部は、第１方向（Ｘ方向）に対して垂直となる方向（Ｚ方向）において、互いに対向する１組の端部である。支持基板１１ａは、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐ側とは反対側の面において、第１伝熱板４１側の端部と第２伝熱板４３側の端部に凸部１６ａが設けられている。
【００４７】
Ｎ型熱電変換素子１０Ｎは、第１方向に対して垂直方向に平面（Ｙ−Ｚ面）を有する支持基板１１ｂと、支持基板１１ｂの平面に面接合された積層熱電膜１２とを有する。積層熱電膜１２は、４層の熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれ接着層１４を介して第１方向（Ｘ方向）に積層された積層膜であり、４層の熱電層１３ａ〜１３ｄがそれぞれＮ型の導電型を有するＮ型熱電層であるＮ型積層熱電膜１２Ｎである。Ｎ型熱電変換素子１０Ｎは、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。Ｎ型熱電変換素子１０Ｎは、Ｎ型積層熱電膜１２Ｎの下側端部に接合された第１端子電極１５ａとＮ型積層熱電膜１２Ｎの上側端部に接合された第２端子電極１５ｂを有する。Ｎ型積層熱電膜１２Ｎにおいて、上側端部及び下側端部は、第１方向（Ｘ方向）に対して垂直となる方向（Ｚ方向）において、互いに対向する１組の端部である。Ｎ型熱電変換素子１０Ｎの第１伝熱板４１側の端部には第１端子電極１５ａが接合され、第２伝熱板４３側の端部には第２端子電極１５ｂが接合されている。支持基板１１ｂは、Ｎ型積層熱電膜１２Ｎ側とは反対側の面において、第１伝熱板４１側の端部と第２伝熱板４３側の端部には凸部１６ｂが設けられている。
【００４８】
熱電変換素子ユニット４２において、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎは、Ｐ型熱電変換素子１０ＰのＰ型積層熱電膜１２ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎの支持基板１１ｂとが接し、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐの支持基板１１ａとＮ型熱電変換素子１０ＮのＮ型積層熱電膜１２Ｎとが接するように積層されている。つまり、熱電変換装置４０は、Ｐ型積層熱電膜１２ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとが、絶縁基板である支持基板１１ａ、１１ｂを介して積層された熱電膜積層体を含んでいる。Ｐ型熱電変換素子１０ＰのＰ型積層熱電膜１２ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎの支持基板１１ｂとの間には、支持基板１１ｂの凸部１６ｂによって空間１７ｂが形成され、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐの支持基板１１ａとＮ型熱電変換素子１０Ｎの積層熱電膜１２ｂとの間には、支持基板１１ｂの凸部１６ｂによって空間１７ｂが形成される。Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとの間に空間１７ａ、１７ｂ（空気層）が形成されることにより、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとの間の熱伝導が抑えられるので、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐ及びＮ型熱電変換素子１０Ｎの出力をより向上させることができる。
【００４９】
Ｐ型熱電変換素子１０Ｐの第１端子電極１５ａは、隣り合う一方のＮ型熱電変換素子１０Ｎの第１端子電極１５ａに接続され、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐの第２端子電極１５ｂは、隣り合う他方のＮ型熱電変換素子１０Ｎの第２端子電極１５ｂに接続される。第１熱電変換素子ユニット４２ａの第１方向（Ｘ方向）の一方の端部に配置されているＰ型熱電変換素子１０Ｐの第１端子電極１５ａは第１取出電極４４ａに接続され、第２熱電変換素子ユニット４２ｂの第１方向（Ｘ方向）の一方の端部に配置されているＮ型熱電変換素子１０Ｎの第１端子電極１５ａは、第２取出電極４４ｂと接続されている。第１熱電変換素子ユニット４２ａの第１方向（Ｘ方向）の他方の端部に配置されているＮ型熱電変換素子１０Ｎ、第２熱電変換素子ユニット４２ｂの第１方向（Ｘ方向）の他方の端部に配置されているＰ型熱電変換素子１０Ｐは、互いに第１端子電極１５ａが接続されている。これにより、熱電変換素子ユニット４２を構成するＰ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎは、直列に接続されている。
【００５０】
第１端子電極１５ａ及び第２端子電極１５ｂの材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、導電性及び熱伝導性が高く、且つ、形状加工がし易い、例えば銅（Ｃｕ）や金（Ａｕ）などを好適に用いることができる。第１取出電極４４ａ及び第２取出電極４４ｂの材料の例は、上記の第１端子電極１５ａ及び第２端子電極１５ｂの場合と同じである。
【００５１】
第１伝熱板４１及び第２伝熱板４３は、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは支持基板１１ａ、１１ｂよりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような第１伝熱板４１及び第２伝熱板４３の材料としては、金属もしくは半導体を用いることが好ましく、その中でも特に、熱伝導率が高く、且つ、形状加工がし易い金属が好ましい。金属としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などを好適に用いることができる。第１伝熱板４１と第２伝熱板４３の材料は同一の材料でもよいし、異なる材料でもよい。第１伝熱板４１の材料として金属を用いる場合は、第１伝熱板４１と第１端子電極１５ａとの間に絶縁材料を配置する。第２伝熱板４３の材料として金属を用いる場合は、第２伝熱板４３と第２端子電極１５ｂとの間に絶縁材料を配置する。絶縁材料としては、例えばＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。また、第１伝熱板４１又は第２伝熱板４３として絶縁材料を用いる場合には、熱伝導率の比較的高い、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムなどを用いることができる。
【００５２】
本実施形態の熱電変換装置４０では、第２伝熱板４３を高温側、第１伝熱板４１を低温側に配置することによって、積層熱電膜１２の端部のうち第２伝熱板４３側が温接点側、第１伝熱板４１側が冷接点側となる。これにより、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐでは、第２伝熱板４３側（温接点側）から第１伝熱板４１側（冷接点側）に向けて電流が流れ、Ｎ型熱電変換素子１０Ｎは、第１伝熱板４１側（冷接点側）から第２伝熱板４３側（温接点側）に向けて電流が流れる。そして、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐ及びＮ型熱電変換素子１０Ｎで流れた電流は、第１取出電極４４ａと第２取出電極４４ｂによって外部に取り出される。なお、図７では、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐ、Ｎ型熱電変換素子１０Ｎ、第１取出電極４４ａ、第２取出電極４４ｂを流れる電流の方向を、それぞれ矢印の向きで表している。
【００５３】
次に、熱電変換素子ユニット４２の製造方法について説明する。
図１０は、熱電変換素子ユニット４２の製造方法を説明する断面図である。
【００５４】
先ず始めに、図１０（ａ）に示すように、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に４層の熱電層１３ａ〜１３ｄとが接着剤層２４を介して積層された積層熱電膜２２とを含む熱電変換板２０を用意する。熱電変換板２０としては、Ｐ型熱電変換板２０ＰとＮ型熱電変換板２０Ｎとを用意する。Ｐ型熱電変換板２０Ｐにおいて、積層熱電膜２２は、熱電層１３ａ〜１３ｄのそれぞれがＰ型の導電型を有するＰ型熱電層であるＰ型積層熱電膜２２Ｐである。Ｎ型熱電変換板２０Ｎにおいて、積層熱電膜２２は、熱電層１３ａ〜１３ｄのそれぞれがＮ型の導電型を有するＮ型熱電層であるＮ型積層熱電膜２２Ｎである。
【００５５】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、熱電変換板２０（Ｐ型熱電変換板２０Ｐ、Ｎ型熱電変換板２０Ｎ）の熱電変換板支持基板２１の積層熱電膜２２側とは反対側の面（下面）に、溝部２８を形成して、所定の間隔で凸部２９を形成する。
溝部２８を形成する方法としては、例えば、熱電変換板支持基板２１の下面の凸部２９として残す部分にメタルマスクを配置し、メタルマスクが形成されていない部分をブラスト加工により除去する方法を用いることができる。
【００５６】
次いで、図１０（ｃ）に示すように、Ｐ型熱電変換板２０ＰとＮ型熱電変換板２０Ｎとを、互いの熱電変換板支持基板２１の凸部２９のＺ方向から見た位置が重なるように交互に積層し、接合して熱電変換板積層体４５を得る。
Ｐ型熱電変換板２０ＰとＮ型熱電変換板２０Ｎとを接合する方法としては、Ｐ型熱電変換板２０Ｐ及びＮ型熱電変換板２０Ｎの熱電変換板支持基板２１の凸部２９の頂部に、接着剤を塗布する方法を用いることができる。
【００５７】
次いで、図１０（ｄ）に示すように、熱電変換板積層体４５に対して凸部２９の中央を通るように切り込みを形成して分割して、熱電変換板積層体片４６を得る。
熱電変換板積層体４５に切り込みを形成する方法としては、特に制限はないが、ダイシングブレードを用いる方法、レーザを用いる方法など熱電変換素子の製造で利用されている各種の方法を用いることができる。
【００５８】
次いで、図１０（ｅ）に示すように、熱電変換板積層体片４６の積層方向に対して垂直方向に位置する積層熱電膜２２の１組の端部に第１端子電極１５ａと第２端子電極１５ｂとを形成する。
第１端子電極１５ａと第２端子電極１５ｂとの形成方法としては、蒸着法又はスパッタ法等を用いることができる。
【００５９】
以上のようにして得られた熱電変換素子ユニット４２を第１伝熱板４１の上に配列し、次いで、熱電変換素子ユニット４２の上に第２伝熱板４３を配置することによって、熱電変換装置４０を製造することができる。
【００６０】
なお、上記の熱電変換装置４０の製造方法においては、熱電変換素子ユニット４２に第１伝熱板４１と第２伝熱板４３とを配置しているが、熱電変換装置４０の製造方法はこれに限定されるものではない。例えば、第１伝熱板４１に第１端子電極１５ａを、第２伝熱板４３に第２端子電極１５ｂをそれぞれ形成し、次いで、図１０（ｄ）に示す熱電変換板積層体片４６に対して、熱電変換素子ユニット４２を形成するように、第１伝熱板４１に形成した第１端子電極１５ａ及び第２伝熱板４３に形成した第２端子電極１５ｂを接合してもよい。第１伝熱板４１の材料が金属である場合は、第１伝熱板４１と第１端子電極１５ａとの間には、酸化シリコン又は酸化アルミニウム等の絶縁材料を介在させる。第２伝熱板４３の材料が金属である場合は、第２伝熱板４３と第２端子電極１５ｂとの間には、酸化シリコン又は酸化アルミニウム等の絶縁材料を介在させる。
【００６１】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置４０は、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとが直列に接続されているので、第１取出電極４４ａと第２取出電極４４ｂから、各Ｐ型熱電変換素子１０Ｐと各Ｎ型熱電変換素子１０Ｎとの起電力の総和として、比較的高い電圧を取り出すことが可能である。また、Ｐ型熱電変換素子１０Ｐ及びＮ型熱電変換素子１０Ｎは、それぞれ４層の熱電層１３ａ〜１３ｄが接着層１４を介して積層された積層熱電膜とされているので電気抵抗が低い。このため本実施形態の熱電変換装置４０では、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎで発生する電流を大きくすることができ、その結果、出力（電力）の向上を図ることが可能である。
【００６２】
なお、本実施形態の熱電変換装置４０では、２個の熱電変換素子ユニット４２を直列に接続しているが、熱電変換素子ユニット４２の個数や接続方法は特に制限はない。熱電変換素子ユニット４２は１個であってもよいし、３個以上であってもよい。また、２個の熱電変換素子ユニット４２を並列に接続してもよい。
【００６３】
また、本実施形態の熱電変換装置４０において、熱電変換素子ユニット４２は、第１の方向（Ｘ方向）に交互に配列された複数個のＰ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎとから構成されているが、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎの個数は、特に制限はなく、それぞれ１個ずつであってもよいし、それぞれ２個以上であってもよい。なお、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎをそれぞれ２個以上積層する場合は、Ｐ型熱電変換素子１０ＰとＮ型熱電変換素子１０Ｎを交互に積層することが好ましい。
【００６４】
さらに、実施形態の熱電変換装置４０は、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐが図８に示すＰ型熱電変換素子１０Ｐとして、Ｎ型積層熱電膜１２Ｎが図８に示すＮ型熱電変換素子１０Ｎとして、これらが絶縁基板である支持基板１１を介して積層された構成とされているが、この構成に限定されるものではなく、Ｐ型積層熱電膜１２ＰとＮ型積層熱電膜１２Ｎとが、絶縁基板を介して積層された熱電膜積層体を構成していればよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の構成を図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は、本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の平面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線断面図である。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態に係る熱電変換素子１０及び上記第２の実施形態に係る熱電変換装置４０と共通する部分は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の熱電変換装置５０は、図１１及び図１２に示すように、支持基板５１と、支持基板５１の第１の面５１ａ（上面）に配置された複数個のＰ型積層熱電膜１２Ｐと、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの支持基板５１側とは反対側の面（本実施形態では上面）に配置された伝熱板５３とを備える。Ｐ型積層熱電膜１２Ｐは、支持基板５１の第１の面５１ａ側の面内において、互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向（Ｘ軸方向）と第２の方向（Ｙ軸方向）とに沿ってマトリックス状に配置されている。また、支持基板５１の第１の面５１ａには、複数個のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接続される一対の第１取出電極５６ａと第２取出電極５６ｂが配置されている。
【００６７】
複数のＰ型積層熱電膜１２Ｐは、それぞれ第１の方向に４行（Ｘ１行〜Ｘ４行）、第２の方向に８列（Ｙ１列〜Ｙ８列）の数で配列されている。Ｐ型積層熱電膜１２Ｐは、第１方向（Ｘ方向）の両端において互いに対向する１組の一端側（＋Ｘ側）に第１端子電極１５ａが接合され、他端側（−Ｘ側）に第２端子電極１５ｂが接合されている。
【００６８】
第１の方向（Ｘ方向）に隣り合うＰ型積層熱電膜１２Ｐの一方のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａと他方のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａとが配線５７を介して接続されている。第１の方向（Ｘ方向）に隣り合うＰ型積層熱電膜１２Ｐの一方のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂと他方のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂとが配線５７を介して接続されている。Ｘ１行でＹ８列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂは第１取出電極５６ａに接続され、Ｘ４行でＹ８列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａは第２取出電極５６ｂに接続されている。上記以外の第１の方向（Ｘ方向）の両端にあるＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａと第２端子電極１５ｂのいずれか一方が、第２の方向（Ｙ方向）に隣り合うＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂと第１端子電極１５ａのいずれか一方と配線５８を介して接続されている。具体的には、Ｘ１行でＹ１列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂとＸ２行でＹ１列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａ、Ｘ２行でＹ８列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａとＸ３行でＹ８列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂ、Ｘ３行でＹ１列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第２端子電極１５ｂとＸ４行でＹ１列のＰ型積層熱電膜１２Ｐに接合された第１端子電極１５ａはそれぞれ配線５８によって接続されている。
【００６９】
配線５７、配線５８、第１取出電極５６ａ及び第２取出電極５６ｂの材料の例は、前述の第１端子電極１５ａ、第２端子電極１５ｂの場合と同じである。
【００７０】
支持基板５１は、厚み方向（Ｚ方向）において互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）５１ａと第２の面（本実施形態では下面）５１ｂとを有する。支持基板５１の第２の面５１ｂには、複数の凸部５２が設けられている。支持基板５１は、絶縁基板からなる。絶縁基板の材料の例は、前述の熱電変換素子１０の支持基板１１の場合と同じである。
【００７１】
伝熱板５３は、厚み方向（Ｚ方向）において互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）５１ａと第２の面（本実施形態では下面）５１ｂとを有する。伝熱板５３の第２の面５３ｂには、複数の凸部５４が設けられている。
伝熱板５３は、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは支持基板５１よりも熱伝導率の高い材料からなる。伝熱板５３の材料の例は、前述の熱電変換装置４０の第１伝熱板４１及び第２伝熱板４３の場合と同じである。
【００７２】
伝熱板５３が導電性を有する場合は、伝熱板５３の凸部５４と第１端子電極１５ａ及び第２端子電極１５ｂとの間に絶縁材料５５を配置する。絶縁材料５５としては、例えばＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。
【００７３】
本実施形態の熱電変換装置５０では、伝熱板５３を高温側、支持基板５１を低温側に配置することによって、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの端部のうち、伝熱板５３の凸部５４に接する第１端子電極１５ａ及び第２端子電極１５ｂの側が温接点側、支持基板５１の凸部５２に接する第１端子電極１５ａ及び第２端子電極１５ｂの側が冷接点側となる。これにより、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐは温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。そして、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐを流れた電流は、第１取出電極５６ａ、第２取出電極５６ｂから外部に取り出される。なお、図１１では、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐ、第１取出電極５６ａ、第２取出電極５６ｂを流れる電流の方向を、それぞれ矢印の向きで表している。
【００７４】
次に、本実施形態の熱電変換装置５０の製造方法について説明する。
図１３は、本実施形態の熱電変換装置５０の製造方法を説明する断面図である。
【００７５】
先ず始めに、図１３（ａ）に示すように、熱電変換板支持基板２１と、熱電変換板支持基板２１の上に２層のＰ型の導電型を有する熱電層１３ａ〜１３ｂとが接着剤層２４を介して積層されたＰ型積層熱電膜２２Ｐとを含むＰ型熱電変換板２０Ｐを用意する。Ｐ型熱電変換板２０Ｐは、図４の（ａ）〜（ｅ）で示した工程によって製造することができる。
【００７６】
次いで、図１３（ｂ）に示すように、Ｐ型積層熱電膜２２Ｐを加工して、マトリックス状に複数のＰ型積層熱電膜１２Ｐが配列した配列パターンを形成する。Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの配列パターンを形成する加工方法としては、例えば、エッチング法を用いることができる。具体的には、Ｐ型積層熱電膜２２Ｐの表面にレジストを塗布し、露光して、配列パターンのレジスト膜を形成し、熱電層１３ｂをエッチングして除去する。次いで、接着剤層２４をエッチングにより除去する。そして、熱電層１３ａをエッチングして除去した後、レジスト膜を除去する。
【００７７】
次いで、図１３（ｃ）に示すように、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐに、第１端子電極１５ａ、第２端子電極１５ｂ、配線５７、配線５８、第１取出電極５６ａ及び第２取出電極５６ｂを含む電極パターンを形成する。
電極パターンの形成方法としては、めっき法を用いることができる。
【００７８】
次いで、図１３（ｄ）に示すように、熱電変換板支持基板２１のＰ型積層熱電膜１２Ｐ側とは反対側の面（下面）に、溝部２８を形成して、所定の間隔で凸部２９を形成する。
溝部２８を形成する方法としては、例えば、熱電変換板支持基板２１の下面の凸部２９として残す部分にメタルマスクを配置し、メタルマスクが形成されていない部分をブラスト加工により除去する方法を用いることができる。
【００７９】
次いで、図１３（ｅ）に示すように、別に用意した凸部５４を有する伝熱板５３と、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの第１取出電極５６ａ及び第２取出電極５６ｂとを絶縁材料５５を介して接合する。
【００８０】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置５０は、複数個のＰ型積層熱電膜１２Ｐが直列に接続されているので、第１取出電極５６ａと第２取出電極５６ｂから複数個のＰ型積層熱電膜１２Ｐの起電力の総和として、比較的高い電圧を取り出すことが可能である。また、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐは、それぞれ２層の熱電層１３ａ、１３ｂが接着層１４を介して積層された積層熱電膜とされているので電気抵抗が低い。このため本実施形態の熱電変換装置４０では、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐで発生する電流を大きくすることができ、その結果、出力（電力）の向上を図ることが可能である。
【００８１】
なお、本実施形態の熱電変換装置５０では、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの熱電層１３ａ、１３ｂが２層とされているが、熱電層１３の層数は特に制限はなく、２層以上であればよい。
【００８２】
また、本実施形態の熱電変換装置５０ではＰ型積層熱電膜１２Ｐを用いているが、Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの代わりにＮ型積層熱電膜を用いてもよい。Ｐ型積層熱電膜１２Ｐの代わりにＮ型積層熱電膜を用いた場合は、熱電変換装置５０を流れる電流の方向が反対となる。
【００８３】
また、本実施形態の熱電変換装置５０では、伝熱板５３を高温側、支持基板５１を低温側に配置した場合を例示しているが、伝熱板５３を低温側、支持基板５１を高温側に配置することも可能である。この場合、上述した熱電変換装置５０の場合に対して温接点側と冷接点側とが入れ替わるため、熱電変換装置５０を流れる電流の方向が逆向きとなる。
【符号の説明】
【００８４】
１０…熱電変換素子  １０Ｐ…Ｐ型熱電変換素子  １０Ｎ…Ｎ型熱電変換素子  １１…支持基板  １２…積層熱電膜  １２Ｐ…Ｐ型積層熱電膜  １２Ｎ…Ｎ型積層熱電膜  １３、１３ａ〜１３ｄ…熱電層  １４…接着層  １５ａ…第１端子電極  １５ｂ…第２端子電極  １６…凸部  １７…空間  ２０…熱電変換板  ２０Ｐ…Ｐ型熱電変換板  ２０Ｎ…Ｎ型熱電変換板  ２１…熱電変換板支持基板  ２２…積層熱電膜  ２２Ｐ…Ｐ型積層熱電膜  ２２Ｎ…Ｎ型積層熱電膜  ２４…接着剤層  ２５…成膜用基板  ２５ａ、２５ｂ…熱電層付き成膜用基板  ２６ａ…第１積層体  ２６ｂ、２６ｂ…第２積層体  ２７…切り込み  ２８…溝部  ２９…凸部  ３０…熱電変換板  ３２…積層熱電膜  ３４…半導体層  ４０…熱電変換装置  ４１…第１伝熱板  ４２…熱電変換素子ユニット  ４２ａ…第１熱電変換素子ユニット  ４２ｂ…第２熱電変換素子ユニット  ４３…第２伝熱板  ４４ａ…第１取出電極  ４４ｂ…第２取出電極  ５０…熱電変換装置  ５１…支持基板  ５１ａ…第１の面  ５１ｂ…第２の面  ５２…凸部  ５３…伝熱板  ５３ａ…第１の面  ５３ｂ…第２の面  ５４…凸部  ５５…絶縁材料  ５６ａ…第１取出電極  ５６ｂ…第２取出電極  ５７、５８…配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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