(57)【要約】  本発明の熱発電デバイスは、互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、第１電極および第２電極に挟まれて、第１電極および第２電極の双方に電気的に接続され、第１電極および第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備えている。積層体は、熱電材料層と、熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、第１挟持層および第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、積層体の積層面と平行であり、かつ起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、第１挟持層の絶縁体と、第２挟持層の絶縁体とは、積層方向について、交互に現れるように配置され、積層体の積層方向に直交し、かつ起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および第２電極を介して電力を出力する。
2010058526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、当該積層構造の積層方向について、交互に現れるように配置され、
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を出力する、熱発電デバイス。
【請求項２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置されている、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３】
前記熱電材料層は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項４】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上５０°以下である、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上４０°以下である、請求項４に記載の熱発電デバイス。
【請求項６】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１．６７：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２：１の範囲にある、請求項６に記載の熱発電デバイス。
【請求項８】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、２５０：１から１０：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項９】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から２５：１の範囲にある、請求項８に記載の熱発電デバイス。
【請求項１０】
前記熱電材料層は、Ｂｉ2-aＳｂＴｅ3層（０≦ａ≦２）である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１１】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上７０°以下である、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１２】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１３】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１４】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項１３に記載の熱発電デバイス。
【請求項１５】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から２０：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１６】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から１００：１の範囲にある、請求項１５に記載の熱発電デバイス。
【請求項１７】
前記熱電材料層は、Ｂｉ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１８】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上６０°以下である、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項１９】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１８に記載の熱発電デバイス。
【請求項２０】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２１】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２．５：１の範囲にある、請求項２０に記載の熱発電デバイス。
【請求項２２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から５：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２３】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、５０：１から１０：１の範囲にある、請求項２２に記載の熱発電デバイス。
【請求項２４】
前記熱電材料層は、ＰｂＴｅ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項２５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上６０°以下である、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２６】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項２５に記載の熱発電デバイス。
【請求項２７】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２８】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項２７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２９】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から１０：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項３０】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から４０：１の範囲にある、請求項２９に記載の熱発電デバイス。
【請求項３１】
前記金属が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３２】
前記金属が、Ａｌである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３３】
パワーファクターが７０μＷ／（ｃｍ・Ｋ2）以上である、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３４】
熱発電デバイスに温度差を生じさせて、前記熱発電デバイスから電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法であって、
前記熱発電デバイスは、
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を行う熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱発電技術は、物質の両端に生じる温度差に比例して起電力が生じるゼーベック効果を利用し、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する技術である。この技術は、僻地用電源、宇宙用電源、軍事用電源などに利用され、実用化されている。【０００３】
従来の熱発電デバイスは、キャリアの符号が異なるｐ型半導体およびｎ型半導体の熱電材料を組み合わせ、それらを熱的に並列であって、かつ電気的に直列となるように接続した、π型構造と呼ばれる構成となっている。【０００４】
熱発電デバイスに用いられる熱電材料の性能は、性能指数Ｚ、またはＺに絶対温度を乗じて無次元化された性能指数ＺＴで評価されることが多い。ＺＴは、物質のＳ＝ゼーベック係数、ρ＝電気抵抗率、κ＝熱伝導率を用いて、ＺＴ＝Ｓ2Ｔ／ρκで示される。また、ゼーベック係数Ｓと電気抵抗率ρにより示されたＳ2／ρは、パワーファクターと呼ばれる値であり、温度差を一定とした場合の熱電材料および熱電変換デバイスの発電性能の良否を決定する基準となる。【０００５】
現在、熱電材料として実用化されている、Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3（０≦ａ≦２）などのＢｉ2Ｔｅ3系材料は、ＺＴが１程度であり、パワーファクターが４０〜５０μＷ／ｃｍＫ2であり、現状では比較的高い熱電特性を有する。しかし、このＢｉ2Ｔｅ3系材料を用いたπ型構造の熱発電デバイスであっても、より多くの用途において実用化するためには十分な発電性能とはいえない。【０００６】
一方、π型構造以外の熱発電デバイスとしては、自然または人工的に作られた積層構造における熱電特性の異方性を利用した熱発電デバイスが、古くから提案されている（例えば、非特許文献１参照）。特許文献１には、金属と、熱電材料であるＢｉとからなる積層構造における、熱電特性の異方性を利用した熱発電デバイスが、記載されている。特許文献１に記載の熱発電デバイスは、金属とＢｉとの厚さの比、または積層方向の傾斜角度を、適切に選択することにより、ＢｉやＢｉ2Ｔｅ3系材料を用いたπ型構造の熱発電デバイスを大きく上回るパワーファクターを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０７８３９２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A. A. Snarskii, P. Bulat, "THERMOELECTRICS HANDBOOK", Chapter 45, CRC Press (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載の熱発電デバイスは、ＺＴが高くなく、改善も見られないことから、熱発電用途ではなく、主に赤外線センサなどの測定用途への応用を想定した技術開発が行われている。また、π型構造を有する熱発電デバイスでは、上述したように、より多くの用途において実用化するためには十分な発電性能とはいえない。また、特許文献１に記載の熱発電デバイスは、π型構造を有する熱発電デバイスよりも大きなパワーファクターを有するが、さらに大きなパワーファクターを有する熱発電デバイスが望まれている。【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、高い発電性能を有する熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法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】
【００１１】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様に係る熱発電デバイスは、互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を出力する。【００１２】
また、本発明の他の一態様に係る発電方法は、熱発電デバイスに温度差を生じさせて、前記熱発電デバイスから電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法であって、前記熱発電デバイスは、互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い発電性能を有する熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの正面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第１の変形例を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第２の変形例を示す平面図
【図６】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスを駆動する際の構成を示した正面図
【図７Ａ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造工程を示したフローチャート
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第１の工程図
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第２の工程図
【図７Ｄ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第３の工程図
【図７Ｅ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第４の工程図
【図８】本発明の実施の形態２に係る熱発電デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図である。図１に示すように、実施の形態１に係る熱発電デバイスは、互いに対向配置された第１電極１１および第２電極１２と、第１電極１１および第２電極１２の間に挟まれて設置されていて、第１電極１１および第２電極１２の双方に電気的に接続されている積層体２０と、を備えている。
【００１７】
第１電極１１および第２電極１２は、電気伝導性が高い材料であることが好ましく、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎなどの金属またはＴｉＮ、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2などの窒化物もしくは酸化物などが好ましい。また、第１電極１１および第２電極１２は、はんだや導電性ペーストを用いて形成してもよい。
【００１８】
積層体２０は、第１挟持層１３、熱電材料層１５および第２挟持層１４を備え、これらは順次積層されている。つまり、熱電材料層１５は、第１挟持層１３および第２挟持層１４に挟まれている。
【００１９】
なお、以下では、第１電極１１および第２電極１２の対向する方向を起電力取出し方向という。起電力取出し方向は、図１のＸ方向である。そして、積層体２０の積層方向は、起電力取出し方向に直交する方向であり、図１のＺ方向である。図１のＹ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する。
【００２０】
第１挟持層１３および第２挟持層１４は、それぞれ金属１６と絶縁体１７とが周期的に交互に積層配置された積層構造を有することから、熱電材料層１５は、これら金属１６および絶縁体１７に接触している。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４における金属１６および絶縁体１７の積層方向は、積層体２０の積層面（ＸＹ平面）と平行であり、かつ起電力取出し方向（Ｘ方向）に対して傾斜する方向である。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの正面図である。図２に示すように、第１挟持層１３および第２挟持層１４の積層面１８は、起電力取出し方向（Ｘ方向）に対して傾斜している。積層面１８の方向２１は、Ｘ方向（起電力取出し方向）に対して角度θだけ傾斜している。なお、方向２１は、具体的には、積層体２０の積層面（ＸＹ平面）と積層面１８との交線方向である。
【００２２】
実施の形態１の熱電材料層１５を構成する熱電材料としては、例えば、Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3、Ｂｉ、ＰｂＴｅ、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2、ＣｏＳｉ、ＳｒＴｉＯ3、ＮａbＣｏＯ2などが好ましい。ここで、ａ、ｂは、０≦ａ≦２、０．３≦ｂ≦０．８である。これらの熱変換材料は、熱発電デバイス１００の構成に適した性質を有していて、高い発電性能を有する熱発電デバイス１００を提供できる。なお、熱電材料は、これら以外のものを用いてもよく、その場合でも、熱発電デバイス１００は、十分な発電性能を有する。
【００２３】
また、熱電材料層１５の材料としてＳｉ0.8Ｇｅ0.2を用いる場合には、Ｂ（硼素）、Ｐ（リン）、Ａｌなどの不純物が含まれていてもよい。また、熱電材料層１５の材料としてＳｒＴｉＯ3を用いる場合には、Ｌａ、Ｎｂなどの不純物が含まれていてもよい。また、熱電材料層１５の材料としてＮａbＣｏＯ2（０．３≦ｂ≦０．８）を用いる場合には、Ｓｒ、Ｃａなどの不純物が含まれていてもよい。なお、熱電材料層１５は、作製方法により組成ずれを起こすことがあるが、表記組成比より２０％以内のずれであれば、性能を著しく損なうことはないので、許容できる。
【００２４】
また、第１挟持層１３および第２挟持層１４において、絶縁体１７および金属１６は、周期的に配置されている。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４の絶縁体１７は、共に同一の積層周期および積層方向を有している。したがって、互いに隣接する絶縁体１７は、同一の間隔となるように配置されている。第１挟持層１３および第２挟持層１４それぞれにおける、絶縁体１７の積層周期は周期ｘである（図２参照）。第１挟持層１３の絶縁体１７と、第２挟持層１４の絶縁体１７とは、それらの積層方向について、交互に現れるように配置される。第１挟持層１３の絶縁体１７および第２挟持層１４の絶縁体１７は、それらの積層方向について、周期ｘの半周期分ずれて配置されることが好ましい。
【００２５】
上述したように、熱発電デバイス１００において、第１挟持層１３および第２挟持層１４の絶縁体１７は、それぞれ周期的に配置されていることが好ましいが、周期的に配置されていない構成であっても、熱発電デバイス１００は発電することが可能である。ただし、絶縁体１７を周期的に配置した構成の方が、熱発電デバイス１００は良好な特性を示す。
【００２６】
また、第１挟持層１３の絶縁体１７および第２挟持層１４の絶縁体１７の、積層方向についての配置ずれは、周期ｘの半周期（０．５周期）であることが最も好ましく、この場合に、熱発電デバイス１００は最も好ましい特性を示す。しかし、配置ずれが、これ以外でも、熱発電デバイス１００は、発電可能であり、配置ずれが、周期ｘの０．３〜０．７であることが好ましく、周期ｘの０．４〜０．６であることがさらに好ましい。配置ずれが、周期ｘの０．３〜０．７の範囲にあるとき、本明細書では、この配置ずれを実質的に半周期のずれという。
【００２７】
積層体２０の積層方向（Ｚ方向）における絶縁体１７の厚さは、金属１６の厚さ以上であればよい。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図である。例えば、図１および図３に示すように、Ｚ方向における絶縁体１７の厚さは、Ｚ方向における金属１６と熱電材料層１５の厚さの和に等しいことが好ましいが、それ以外の厚さでもよい。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第１の変形例を示す平面図であり、図５は、本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第２の変形例を示す平面図である。図４に示すように、絶縁体１７が、熱電材料層１５の一部に入り込む形になっていてもよい。さらに、図５に示すように、第１挟持層１３の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第２挟持層１４に到達し、第２挟持層１４の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第１挟持層１３に到達していてもよい。ただし、積層体２０が絶縁体１７によって完全に分断されることはない。
【００２８】
第１挟持層１３および第２挟持層１４の金属１６は、熱伝導率が高く、かつ電気抵抗率が小さいものが好ましい。それにより、熱発電デバイス１００の発電性能が高くなる。金属１６には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、あるいはこれらの材料からなる合金などを用いることが好ましい。また、導電性、熱伝導性、作製の難易度などを考慮すると、金属１６としては、Ａｌに比べてＣｕ、Ａｇ、Ａｕがより好ましく、さらにＣｕとＡｇが特に好ましい。
【００２９】
また、絶縁体１７は、電気的に絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。具体的には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5などの酸化物、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化物、エポキシなどの樹脂などがよい。また、絶縁体１７は、空気、窒素などの気体または真空であってもよい。例えば、絶縁体１７の配置個所に溝を形成し、熱発電デバイス１００を空気中で動作させることで、絶縁体１７を空気とすることができる。また、絶縁体１７の配置個所に溝が形成された熱発電デバイス１００を、空気以外の気体が充填されていて、気体が漏れないように封止された容器中に設置して動作させることで、絶縁体１７は、当該充填された気体となる。また、この容器を真空状態とすることで、絶縁体１７は真空となる。絶縁体１７を空気等とした場合は、絶縁体１７を固体とした場合に比べて、熱発電デバイス１００を軽量化できるが、強度の低下には注意を払うべきである。
【００３０】
図６は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスを駆動する際の構成を示した正面図である。熱発電デバイス１００を駆動する際には、Ｙ方向に温度差を発生させればよい。熱発電デバイス１００のＹ方向に温度勾配を生じさせるため、高温部６２および低温部６３をＹ方向に沿って対向するように配置し、熱発電デバイス１００に、これらを密着させる。高温部６２および低温部６３は、例えば、ヒータ、ラジエータ等である。高温部６２および低温部６３により、熱発電デバイス１００のＹ方向に温度差が生じることで、積層体２０には起電力が生じ、熱発電デバイス１００は、第１電極１１および第２電極１２を介して電力を出力する。
【００３１】
π型構造を有する従来の熱発電デバイスは、温度差が生じる方向に対して平行な方向に起電力が生じ、垂直方向に起電力が生じることは無い。しかし、熱発電デバイス１００では、温度勾配が生じる方向（Ｙ方向）と起電力取出し方向（Ｘ方向）とが異なる。すなわち、熱発電デバイス１００は、異種材料の積層構造における熱電気特性の異方性を利用して発電している。積層体２０は、金属１６と絶縁体１７との積層構造体である第１挟持層１３および第２挟持層１４と、熱電材料層１５とが積層された構造である。積層体２０がこのような構造であることから、熱発電デバイスには、温度差を生じさせる方向（Ｙ方向）とは異なる方向である起電力取出し方向（Ｘ方向）に沿って、起電力が生じる。
【００３２】
本発明者等は、後述する実施例に示すように、熱発電デバイス１００が動作する、様々な条件を検討し、最適化することを試みた。それにより、熱発電デバイス１００における所定条件と、熱発電性能との関係を詳細に検討していく過程で、予想外に大きな熱発電性能が得られることを見出した。具体的には、積層面１８の方向２１と、起電力取出し方向（Ｘ方向）とがなす角度（角度θ）に対する熱発電性能について検討した。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４における絶縁体１７の積層周期（周期ｘ）と、金属１６の厚さとの比に対する熱発電性能について検討した。また、前記周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比に対する熱発電性能について検討した。これら検討結果については、後述する。なお、金属１６の厚さまたは熱電材料層１５の厚さとは、積層体２０の積層方向（Ｚ方向）における厚さである（図１参照）。
【００３３】
熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＢｉ2-aＳｂaＴｅ3（０≦ａ≦２）とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、１００：１から０．４：１の範囲にあることが好ましく、４０：１から１：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２参照）。実施例からわかるように、周期ｘと金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３４】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3層）１５の厚さとの比は、１０００：１から２０：１の範囲にあることが好ましく、４００：１から１００：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例３参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３５】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、１０°以上７０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３６】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＢｉとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例６参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３７】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｂｉ層）１５の厚さとの比は、１００：１から５：１の範囲にあることが好ましく、５０：１から１０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例７参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３８】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、２０°以上６０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例５参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３９】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＰｂＴｅとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、１００：１から０．４：１の範囲にあることが好ましく、４０：１から１：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１０参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４０】
また、この熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＰｂＴｅ層）１５の厚さとの比は、１０００：１から１０：１の範囲にあることが好ましく、４００：１から４０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１１参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４１】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、１０°以上６０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例９参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４２】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＳｉ0.8Ｇｅ0.2とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．６７：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１４参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４３】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層）１５の厚さとの比は、２５０：１から１０：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から２５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１５参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４４】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、１０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１３参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４５】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＣｏＳｉとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．２５：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１８参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４６】
また、このような熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＣｏＳｉ層）１５の厚さとの比は、１００：１から６．２５：１の範囲にあることが好ましく、５０：１から１２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１９参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４７】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、２０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１７参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４８】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＳｒＴｉＯ3とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．２５：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２２参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４９】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（ＳｒＴｉＯ3層）１５の厚さとの比は、２５０：１から８：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から１０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２３参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５０】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、１０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例２１参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５１】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＮａbＣｏＯ2（０．３≦ｂ≦０.８）とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、５０：１から２：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２６参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５２】
また、この熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＮａbＣｏＯ2層）１５の厚さとの比は、２５０：１から１２．５：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から２５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２７参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５３】
また、このような熱発電デバイス１００においては、角度θは、２０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例２５参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５４】
なお、熱発電デバイス１００のパワーファクターは７０（μＷ／（ｃｍ・Ｋ2））以上であれば、特に好ましい。それにより、熱発電デバイス１００は、多くの用途に用いることができる。
【００５５】
上述したように、熱発電デバイス１００は、高い発電性能を有するという効果を奏する。熱発電デバイス１００において、熱発電材料層１５の材料に応じて、周期ｘと金属の厚さとの比、周期ｘと熱発電材料層の厚さとの比、および角度θを設定することにより、熱発電材料層１５の材料を単独で用いた場合の熱電性能を大きく超える。したがって、より実用的な熱発電デバイス１００を提供できる。
【００５６】
本発明の熱発電デバイスの作製方法の一例について図７Ａ〜図７Ｅを参照しながら説明する。図７Ａは、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造工程を示したフローチャートである。また、図７Ｂ〜図７Ｅは、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第１〜第４の工程図である。
【００５７】
まず、図７Ｂに示すように、金属１６と同一の材質である２枚の金属平板１６ａと、平板状の熱電材料層１５を用意し、熱電材料層１５を２枚の金属平板１６ａで挟んで加熱および圧着することで、これらを一体化して３層構造の積層構造体２０ａを作製する（ステップＳ１）。次に、図７Ｃに示すように、刃物などを用いて、３層の積層構造体２０ａに溝加工を施す（ステップＳ２）。この溝加工により形成された溝部１７ａは、絶縁体１７が形成される個所である。したがって、溝部１７ａの周期や、積層構造体２０ａに対する角度等を考慮して、溝加工を施す必要がある。また、溝加工は、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ側の両面からそれぞれ行うが、この際、両面における溝部１７ａの位置の周期は共に同一周期（周期ｘ）とする。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とする。また、溝部１７ａの深さは、少なくとも溝加工される側の金属平板１６ａを完全に分断するように、金属平板１６ａの厚さ以上とすることが必要である。
【００５８】
次に、図７Ｄに示すように、溝部１７ａに絶縁体１７を形成する（ステップＳ３）。具体的には、溝部１７ａに、電気絶縁体の粉体を含むペーストを充填した後に、熱処理などによりペーストを固化させることで、溝部１７ａに絶縁体１７を形成すればよい。また、液状の樹脂を、溝部１７ａに充填した後に乾燥させることによって絶縁体１７を形成してもよい。これにより、積層体２０が作製される。
【００５９】
次に、図７Ｅに示すように、第１電極１１および第２電極１２を作製する（ステップＳ４）。具体的には、積層体２０において、長手方向に垂直であり、互いに対向する２つの面に、それぞれ第１電極１１および第２電極１２を設置する。これにより、熱発電デバイス１００が作製される。第１電極１１および第２電極１２の作製には、例えば、蒸着法、スパッタ法などの気相成長の他に、導電性ペーストの塗布、めっき、溶射、はんだによる接合など、様々な方法を用いることができる。
【００６０】
なお、ステップＳ１において用意した熱電材料層１５および金属平板１６ａは、積層体２０と同等の大きさのものでなく、複数の積層体２０を形成できるだけの大きさのものとしてもよい。その場合は、ステップＳ３の後に、積層構造体２０ａから各積層体２０を切り出すこととすればよい。この場合は、切り出す位置、方向等により、絶縁体１７および金属１６の積層方向が異なるので、所望の積層方向となるように切り出す必要がある。
【００６１】
また、熱発電デバイス１００の製造方法は、上記方法に限定されるものではなく、熱発電デバイス１００の構造を実現できる製造方法であれば、これ以外の方法でもよい。例えば、長方形状の熱電材料平板の両面に、各金属１６となる平行四辺形状の金属平板を、一定の間隔を保ちながら周期的に接着することによって積層構造体２０ａを作製し、その後ステップＳ３およびステップＳ４を行ってもよい。この場合、金属平板間の一定の間隔が溝部１７ａに対応する。
【００６２】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る熱発電デバイスの斜視図である。図８に示すように、実施の形態２に係る熱発電デバイス２００は、複数の積層体２０が電気的に直列に接続された構成を有する。積層体２０の構成および機能等については、実施の形態１で説明したので省略する。
【００６３】
図８に示すように、実施の形態２に係る熱発電デバイス２００は、同一面上に並設された複数（４つ）の積層体２０と、それらを接続するための複数（３つ）の接続電極８１と、熱発電デバイス２００から外部に電力を取り出すための２つの取出し電極８２とを備えている。
【００６４】
４つの積層体２０は、電気的に直列となるように、接続電極８１により接続されている。そして、この接続体の両端部に位置する積層体２０の端部のうち、他の積層体２０と接続していない側の端部には、取出し電極８２が設置されている。
【００６５】
接続電極８１および取出し電極８２は電気伝導性を有する材料であれば、特に限定されない。具体的にはＣｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎ等の金属、またはＴｉＮ、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2等の窒化物や酸化物とすればよい。また、接続電極８１および取出し電極８２として、はんだや導電性ペーストを用いることも可能である。接続電極８１および取出し電極８２は、蒸着法、スパッタ法などの気相成長の他に、めっき、溶射など様々な方法を用いて作製することができる。なお、積層体２０を電気的に接続する際には、熱流により生じる、各積層体２０の起電力が相殺されないように接続することが好ましい。図８に示すように、隣り合う積層体２０は互いに傾斜構造の傾きが逆向きになるように配置することが好ましい。また、熱発電デバイス２００は、電気的に接続された、４つの積層体２０が同一面上に並設された構成を有するが、隣接する積層体２０間に、例えば樹脂を充填することで、熱発電デバイス２００を平板状としてもよい。
【００６６】
この熱発電デバイス２００を駆動する際は、熱発電デバイス２００の上面に高温部を密着し、下面に低温部を密着することでデバイス内に温度差を生じさせて、熱流を生じさせる。熱発電デバイス２００は、上記熱流を電力に変換して、取出し電極８２を介して外部に出力する。熱発電デバイス２００においては、熱発電デバイス２００における熱流を発生させるための実装面積を大きくすることで、より大きな発電量を得ることができる。なお、実装面積とは、発電に必要な温度勾配を生じさせるために、外部から熱を出入させるための領域の面積である。具体的には、熱発電デバイスにおいて高温部または低温部を密着させる領域の面積である。実装面積が大きくなれば、その分、熱発電デバイス２００内の熱流も大きくなるため、生じる起電力も大きくなる。熱発電デバイス２００は、熱発電デバイス１００に比べて積層体２０を多く使っていることから、実装面積も大きく、より大きな発電量を得ることができる。
【００６７】
なお、図８に示した熱発電デバイス２００には、４つの積層体２０を用いているが、積層体２０の数は４つに限定されるわけではなく、複数であればよい。また、接続電極８１を介して、複数の積層体２０を電気的に並列に接続することで、熱発電デバイスを構成してもよい。積層体２０を直列に接続して構成された熱発電デバイス２００は、電力を取り出す際の電圧が大きいという効果を奏するが、積層体２０を並列に接続して構成された熱発電デバイスは、熱発電デバイス全体の内部抵抗が小さいという効果を奏する。また、積層体２０を並列に接続して構成された熱発電デバイスは、電気的な接続が一部断線しても、デバイス全体としての電気的な接続を保つことができるという利点もある。また、これら直列および並列接続を適切に組み合わせることによって、熱発電デバイスを構成してもよい。
【００６８】
以上より、本発明の熱発電デバイスは、優れた発電性能を有しており、熱と電気とのエネルギー変換の応用を促進させるものであり、本発明の工業的価値は高い。本発明の熱発電デバイスは、例えば、自動車や工場から排出される排ガスなどの熱を用いた発電機として利用可能である。また、小型の携帯発電機などの用途にも応用できる。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。【００７０】
（実施例１）
図１に示す熱発電デバイス１００を製造し、その性能を測定した。実施例１では、熱電材料層１５の材料を、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3とした。また、金属１６として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いた。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【００７１】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００は、起電力が１８．４ｍＶで、抵抗が０．４４ｍΩであった。これより、パワーファクターは、４５７μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１の結果を得た。【００７２】
【表１】
2010058526.tif 000003
【００７３】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、２００μＷ／ｃｍＫ2を超える、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上７０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。【００７４】
（実施例２）
実施例１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｂｉ1.0Ｓｂ1.0Ｔｅ3を用いた。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。【００７５】
【表２】
2010058526.tif 000004
【００７６】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表３に示す。表３に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。【００７７】
【表３】
2010058526.tif 000005
【００７８】
（実施例３）
実施例１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｂｉ1.5Ｓｂ0.5Ｔｅ3とした。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは１０ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｂｉ1.5Ｓｂ0.5Ｔｅ3層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１００：１付近で最も良い性能であることが確認された。【００７９】
【表４】
2010058526.tif 000006
【００８０】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表５に示す。表５に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合に近い傾向が得られた。【００８１】
【表５】
2010058526.tif 000007
【００８２】
（実施例４）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【００８３】
実施例４の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料はＢｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3とした。各積層体２０は、実施例１と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＢｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【００８４】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された、周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【００８５】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に、樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、９ｍΩであった。【００８６】
実施例４の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．３５Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、２４０μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大４．４Ｗの電力を取り出すことができた。【００８７】
（実施例５）
実施例５では、熱電材料層１５の材料をＢｉとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【００８８】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が８．７ｍＶで、抵抗が０．４ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１０６μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表６の結果を得た。【００８９】
【表６】
2010058526.tif 000008
【００９０】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上６０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2以上の優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同程度またはそれ以上の性能が得られた。【００９１】
（実施例６）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｂｉを用いた。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．４ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。【００９２】
【表７】
2010058526.tif 000009
【００９３】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表８に示す。表８に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。【００９４】
【表８】
2010058526.tif 000010
【００９５】
（実施例７）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｂｉとした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表９に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｂｉ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、２５：１付近で最も良い性能であることが確認された。【００９６】
【表９】
2010058526.tif 000011
【００９７】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１０に示す。表１０に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。【００９８】
【表１０】
2010058526.tif 000012
【００９９】
（実施例８）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例８の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１００】
実施例８の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｂｉとした。各積層体２０は、実施例５と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍのＢｉからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１０１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１０２】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、７ｍΩであった。【０１０３】
実施例８の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、９６μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．４Ｗの電力を取り出すことができた。【０１０４】
（実施例９）
実施例９では、熱電材料層１５の材料をＰｂＴｅとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。【０１０５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θが３０°である。また、溝は周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【０１０６】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が２３．５ｍＶで、抵抗が１．１ｍΩであった。これより、パワーファクターは、３０６μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１１の結果を得た。【０１０７】
【表１１】
2010058526.tif 000013
【０１０８】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の４倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上６０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。【０１０９】
（実施例１０）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＰｂＴｅを用いた。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表１２に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。【０１１０】
【表１２】
2010058526.tif 000014
【０１１１】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１３に示す。表１３に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。【０１１２】
【表１３】
2010058526.tif 000015
【０１１３】
（実施例１１）
実施例９と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＰｂＴｅとした。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは５ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＰｂＴｅ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１００：１付近で最も良い性能であることが確認された。【０１１４】
【表１４】
2010058526.tif 000016
【０１１５】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１５に示す。表１５に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。【０１１６】
【表１５】
2010058526.tif 000017
【０１１７】
（実施例１２）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１１８】
実施例１２の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＰｂＴｅとした。各積層体２０は実施例９と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＰｂＴｅからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１１９】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１２０】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、１８ｍΩであった。【０１２１】
実施例１２の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．４８Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、２３０μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大３．３Ｗの電力を取り出すことができた。【０１２２】
（実施例１３）
実施例１３では、熱電材料層１５の材料をＳｉ0.8Ｇｅ0.2とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。【０１２３】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【０１２４】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が１７．７ｍＶで、抵抗が１．５ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１２４μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１６の結果を得た。【０１２５】
【表１６】
2010058526.tif 000018
【０１２６】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上４０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の３倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。【０１２７】
（実施例１４）
実施例１３と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表１７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１あるいは５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１２８】
【表１７】
2010058526.tif 000019
【０１２９】
（実施例１５）
実施例１３と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１８に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１３０】
【表１８】
2010058526.tif 000020
【０１３１】
（実施例１６）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１３２】
実施例１６の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2とした。各積層体２０は実施例１３と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＳｉ0.8Ｇｅ0.2からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１３３】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１３４】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、２４ｍΩであった。【０１３５】
実施例１６の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．３９Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、１１２μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．６Ｗの電力を取り出すことができた。【０１３６】
（実施例１７）
実施例１７では、熱電材料層１５の材料をＣｏＳｉとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。【０１３７】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【０１３８】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が８．６ｍＶで、抵抗が０．４９ｍΩであった。これより、パワーファクターは、８７μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１９の結果を得た。【０１３９】
【表１９】
2010058526.tif 000021
【０１４０】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の２倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上４０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。【０１４１】
（実施例１８）
実施例１７と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＣｏＳｉを用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．４ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２０に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１４２】
【表２０】
2010058526.tif 000022
【０１４３】
（実施例１９）
実施例１７と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＣｏＳｉとした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２１に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＣｏＳｉ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、２５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１４４】
【表２１】
2010058526.tif 000023
【０１４５】
（実施例２０）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１４６】
実施例２０の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＣｏＳｉとした。各積層体２０は実施例２０と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍのＣｏＳｉからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１４７】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１４８】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、７．３ｍΩであった。【０１４９】
実施例２０の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２０Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、８７μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．４Ｗの電力を取り出すことができた。【０１５０】
（実施例２１）
実施例２１では、熱電材料層１５の材料をＳｒＴｉＯ3とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。【０１５１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【０１５２】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が２０．０ｍＶで、抵抗が１．８ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１０４μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表２２の結果を得た。【０１５３】
【表２２】
2010058526.tif 000024
【０１５４】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが１０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2と同等以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６にＡｌを用いた場合でも、角度θが２０°以上４０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同程度またはそれ以上の性能が得られた。【０１５５】
（実施例２２）
実施例２１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＳｒＴｉＯ3を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は２００ｍｍ、幅５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２３に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１５６】
【表２３】
2010058526.tif 000025
【０１５７】
（実施例２３）
実施例２１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＳｒＴｉＯ3とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＳｒＴｉＯ3層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１５８】
【表２４】
2010058526.tif 000026
【０１５９】
（実施例２４）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１６０】
実施例２４の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＳｒＴｉＯ3とした。各積層体２０は、実施例２１と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＳｒＴｉＯ3からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１６１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１６２】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、２７．５ｍΩであった。【０１６３】
実施例２４の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．４０Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、１０５μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．５Ｗの電力を取り出すことができた。【０１６４】
（実施例２５）
実施例２５では、熱電材料層１５の材料をＮａ0.5ＣｏＯ2とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。【０１６５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ１．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。【０１６６】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が１０．７ｍＶで、抵抗が１．３ｍΩであった。これより、パワーファクターは、９９μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表２５の結果を得た。【０１６７】
【表２５】
2010058526.tif 000027
【０１６８】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上４０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の２倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。【０１６９】
（実施例２６）
実施例２５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｎａ0.8ＣｏＯ2を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２６に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１７０】
【表２６】
2010058526.tif 000028
【０１７１】
（実施例２７）
実施例２５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｎａ0.3ＣｏＯ2とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは１ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、１．６ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｎａ0.3ＣｏＯ2層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。【０１７２】
【表２７】
2010058526.tif 000029
【０１７３】
（実施例２８）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。【０１７４】
実施例２８の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｎａ0.4ＣｏＯ2とした。各積層体２０は、実施例２５と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＮａ0.4ＣｏＯ2からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。【０１７５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。【０１７６】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、１６ｍΩであった。【０１７７】
実施例２８の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２８Ｖとなり、パワーファクターを見積もると８４μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．２Ｗの電力を取り出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を行う熱発電デバイスに利用可能である。
【図１】
2010058526.tif 000030
【図２】
2010058526.tif 000031
【図３】
2010058526.tif 000032
【図４】
2010058526.tif 000033
【図５】
2010058526.tif 000034
【図６】
2010058526.tif 000035
【図７Ａ】
2010058526.tif 000036
【図７Ｂ】
2010058526.tif 000037
【図７Ｃ】
2010058526.tif 000038
【図７Ｄ】
2010058526.tif 000039
【図７Ｅ】
2010058526.tif 000040
【図８】
2010058526.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月10日(2010.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を行う熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱発電技術は、物質の両端に生じる温度差に比例して起電力が生じるゼーベック効果を利用し、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換する技術である。この技術は、僻地用電源、宇宙用電源、軍事用電源などに利用され、実用化されている。
【０００３】
従来の熱発電デバイスは、キャリアの符号が異なるｐ型半導体およびｎ型半導体の熱電材料を組み合わせ、それらを熱的に並列であって、かつ電気的に直列となるように接続した、π型構造と呼ばれる構成となっている。
【０００４】
熱発電デバイスに用いられる熱電材料の性能は、性能指数Ｚ、またはＺに絶対温度を乗じて無次元化された性能指数ＺＴで評価されることが多い。ＺＴは、物質のＳ＝ゼーベック係数、ρ＝電気抵抗率、κ＝熱伝導率を用いて、ＺＴ＝Ｓ2Ｔ／ρκで示される。また、ゼーベック係数Ｓと電気抵抗率ρにより示されたＳ2／ρは、パワーファクターと呼ばれる値であり、温度差を一定とした場合の熱電材料および熱電変換デバイスの発電性能の良否を決定する基準となる。
【０００５】
現在、熱電材料として実用化されている、Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3（０≦ａ≦２）などのＢｉ2Ｔｅ3系材料は、ＺＴが１程度であり、パワーファクターが４０〜５０μＷ／ｃｍＫ2であり、現状では比較的高い熱電特性を有する。しかし、このＢｉ2Ｔｅ3系材料を用いたπ型構造の熱発電デバイスであっても、より多くの用途において実用化するためには十分な発電性能とはいえない。
【０００６】
一方、π型構造以外の熱発電デバイスとしては、自然または人工的に作られた積層構造における熱電特性の異方性を利用した熱発電デバイスが、古くから提案されている（例えば、非特許文献１参照）。特許文献１には、金属と、熱電材料であるＢｉとからなる積層構造における、熱電特性の異方性を利用した熱発電デバイスが、記載されている。特許文献１に記載の熱発電デバイスは、金属とＢｉとの厚さの比、または積層方向の傾斜角度を、適切に選択することにより、ＢｉやＢｉ2Ｔｅ3系材料を用いたπ型構造の熱発電デバイスを大きく上回るパワーファクターを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０７８３９２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A. A. Snarskii, P. Bulat, "THERMOELECTRICS HANDBOOK", Chapter 45, CRC Press (2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、非特許文献１に記載の熱発電デバイスは、ＺＴが高くなく、改善も見られないことから、熱発電用途ではなく、主に赤外線センサなどの測定用途への応用を想定した技術開発が行われている。また、π型構造を有する熱発電デバイスでは、上述したように、より多くの用途において実用化するためには十分な発電性能とはいえない。また、特許文献１に記載の熱発電デバイスは、π型構造を有する熱発電デバイスよりも大きなパワーファクターを有するが、さらに大きなパワーファクターを有する熱発電デバイスが望まれている。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、高い発電性能を有する熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法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】
【００１１】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様に係る熱発電デバイスは、互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置される。
【００１２】
また、本発明の他の一態様に係る発電方法は、熱発電デバイスに温度差を生じさせて、前記熱発電デバイスから電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法であって、前記熱発電デバイスは、互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い発電性能を有する熱発電デバイスおよびそれを用いた発電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの正面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第１の変形例を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第２の変形例を示す平面図
【図６】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスを駆動する際の構成を示した正面図
【図７Ａ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造工程を示したフローチャート
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第１の工程図
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第２の工程図
【図７Ｄ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第３の工程図
【図７Ｅ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第４の工程図
【図８】本発明の実施の形態２に係る熱発電デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図である。図１に示すように、実施の形態１に係る熱発電デバイスは、互いに対向配置された第１電極１１および第２電極１２と、第１電極１１および第２電極１２の間に挟まれて設置されていて、第１電極１１および第２電極１２の双方に電気的に接続されている積層体２０と、を備えている。
【００１７】
第１電極１１および第２電極１２は、電気伝導性が高い材料であることが好ましく、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎなどの金属またはＴｉＮ、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2などの窒化物もしくは酸化物などが好ましい。また、第１電極１１および第２電極１２は、はんだや導電性ペーストを用いて形成してもよい。
【００１８】
積層体２０は、第１挟持層１３、熱電材料層１５および第２挟持層１４を備え、これらは順次積層されている。つまり、熱電材料層１５は、第１挟持層１３および第２挟持層１４に挟まれている。
【００１９】
なお、以下では、第１電極１１および第２電極１２の対向する方向を起電力取出し方向という。起電力取出し方向は、図１のＸ方向である。そして、積層体２０の積層方向は、起電力取出し方向に直交する方向であり、図１のＺ方向である。図１のＹ方向は、Ｘ方向およびＺ方向に直交する。
【００２０】
第１挟持層１３および第２挟持層１４は、それぞれ金属１６と絶縁体１７とが周期的に交互に積層配置された積層構造を有することから、熱電材料層１５は、これら金属１６および絶縁体１７に接触している。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４における金属１６および絶縁体１７の積層方向は、積層体２０の積層面（ＸＹ平面）と平行であり、かつ起電力取出し方向（Ｘ方向）に対して傾斜する方向である。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの正面図である。図２に示すように、第１挟持層１３および第２挟持層１４の積層面１８は、起電力取出し方向（Ｘ方向）に対して傾斜している。積層面１８の方向２１は、Ｘ方向（起電力取出し方向）に対して角度θだけ傾斜している。なお、方向２１は、具体的には、積層体２０の積層面（ＸＹ平面）と積層面１８との交線方向である。
【００２２】
実施の形態１の熱電材料層１５を構成する熱電材料としては、例えば、Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3、Ｂｉ、ＰｂＴｅ、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2、ＣｏＳｉ、ＳｒＴｉＯ3、ＮａbＣｏＯ2などが好ましい。ここで、ａ、ｂは、０≦ａ≦２、０．３≦ｂ≦０．８である。これらの熱変換材料は、熱発電デバイス１００の構成に適した性質を有していて、高い発電性能を有する熱発電デバイス１００を提供できる。なお、熱電材料は、これら以外のものを用いてもよく、その場合でも、熱発電デバイス１００は、十分な発電性能を有する。
【００２３】
また、熱電材料層１５の材料としてＳｉ0.8Ｇｅ0.2を用いる場合には、Ｂ（硼素）、Ｐ（リン）、Ａｌなどの不純物が含まれていてもよい。また、熱電材料層１５の材料としてＳｒＴｉＯ3を用いる場合には、Ｌａ、Ｎｂなどの不純物が含まれていてもよい。また、熱電材料層１５の材料としてＮａbＣｏＯ2（０．３≦ｂ≦０．８）を用いる場合には、Ｓｒ、Ｃａなどの不純物が含まれていてもよい。なお、熱電材料層１５は、作製方法により組成ずれを起こすことがあるが、表記組成比より２０％以内のずれであれば、性能を著しく損なうことはないので、許容できる。
【００２４】
また、第１挟持層１３および第２挟持層１４において、絶縁体１７および金属１６は、周期的に配置されている。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４の絶縁体１７は、共に同一の積層周期および積層方向を有している。したがって、互いに隣接する絶縁体１７は、同一の間隔となるように配置されている。第１挟持層１３および第２挟持層１４それぞれにおける、絶縁体１７の積層周期は周期ｘである（図２参照）。第１挟持層１３の絶縁体１７と、第２挟持層１４の絶縁体１７とは、それらの積層方向について、交互に現れるように配置される。第１挟持層１３の絶縁体１７および第２挟持層１４の絶縁体１７は、それらの積層方向について、周期ｘの半周期分ずれて配置されることが好ましい。
【００２５】
上述したように、熱発電デバイス１００において、第１挟持層１３および第２挟持層１４の絶縁体１７は、それぞれ周期的に配置されていることが好ましいが、周期的に配置されていない構成であっても、熱発電デバイス１００は発電することが可能である。ただし、絶縁体１７を周期的に配置した構成の方が、熱発電デバイス１００は良好な特性を示す。
【００２６】
また、第１挟持層１３の絶縁体１７および第２挟持層１４の絶縁体１７の、積層方向についての配置ずれは、周期ｘの半周期（０．５周期）であることが最も好ましく、この場合に、熱発電デバイス１００は最も好ましい特性を示す。しかし、配置ずれが、これ以外でも、熱発電デバイス１００は、発電可能であり、配置ずれが、周期ｘの０．３〜０．７であることが好ましく、周期ｘの０．４〜０．６であることがさらに好ましい。配置ずれが、周期ｘの０．３〜０．７の範囲にあるとき、本明細書では、この配置ずれを実質的に半周期のずれという。
【００２７】
積層体２０の積層方向（Ｚ方向）における絶縁体１７の厚さは、金属１６の厚さ以上であればよい。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図である。例えば、図１および図３に示すように、Ｚ方向における絶縁体１７の厚さは、Ｚ方向における金属１６と熱電材料層１５の厚さの和に等しいことが好ましいが、それ以外の厚さでもよい。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第１の変形例を示す平面図であり、図５は、本発明の実施の形態１に係る熱発電素子の第２の変形例を示す平面図である。図４に示すように、絶縁体１７が、熱電材料層１５の一部に入り込む形になっていてもよい。さらに、図５に示すように、第１挟持層１３の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第２挟持層１４に到達し、第２挟持層１４の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第１挟持層１３に到達していてもよい。ただし、積層体２０が絶縁体１７によって完全に分断されることはない。
【００２８】
第１挟持層１３および第２挟持層１４の金属１６は、熱伝導率が高く、かつ電気抵抗率が小さいものが好ましい。それにより、熱発電デバイス１００の発電性能が高くなる。金属１６には、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、あるいはこれらの材料からなる合金などを用いることが好ましい。また、導電性、熱伝導性、作製の難易度などを考慮すると、金属１６としては、Ａｌに比べてＣｕ、Ａｇ、Ａｕがより好ましく、さらにＣｕとＡｇが特に好ましい。
【００２９】
また、絶縁体１７は、電気的に絶縁性を有する材料であれば特に限定されない。具体的には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5などの酸化物、Ｓｉ3Ｎ4などの窒化物、エポキシなどの樹脂などがよい。また、絶縁体１７は、空気、窒素などの気体または真空であってもよい。例えば、絶縁体１７の配置個所に溝を形成し、熱発電デバイス１００を空気中で動作させることで、絶縁体１７を空気とすることができる。また、絶縁体１７の配置個所に溝が形成された熱発電デバイス１００を、空気以外の気体が充填されていて、気体が漏れないように封止された容器中に設置して動作させることで、絶縁体１７は、当該充填された気体となる。また、この容器を真空状態とすることで、絶縁体１７は真空となる。絶縁体１７を空気等とした場合は、絶縁体１７を固体とした場合に比べて、熱発電デバイス１００を軽量化できるが、強度の低下には注意を払うべきである。
【００３０】
図６は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスを駆動する際の構成を示した正面図である。熱発電デバイス１００を駆動する際には、Ｙ方向に温度差を発生させればよい。熱発電デバイス１００のＹ方向に温度勾配を生じさせるため、高温部６２および低温部６３をＹ方向に沿って対向するように配置し、熱発電デバイス１００に、これらを密着させる。高温部６２および低温部６３は、例えば、ヒータ、ラジエータ等である。高温部６２および低温部６３により、熱発電デバイス１００のＹ方向に温度差が生じることで、積層体２０には起電力が生じ、熱発電デバイス１００は、第１電極１１および第２電極１２を介して電力を出力する。
【００３１】
π型構造を有する従来の熱発電デバイスは、温度差が生じる方向に対して平行な方向に起電力が生じ、垂直方向に起電力が生じることは無い。しかし、熱発電デバイス１００では、温度勾配が生じる方向（Ｙ方向）と起電力取出し方向（Ｘ方向）とが異なる。すなわち、熱発電デバイス１００は、異種材料の積層構造における熱電気特性の異方性を利用して発電している。積層体２０は、金属１６と絶縁体１７との積層構造体である第１挟持層１３および第２挟持層１４と、熱電材料層１５とが積層された構造である。積層体２０がこのような構造であることから、熱発電デバイスには、温度差を生じさせる方向（Ｙ方向）とは異なる方向である起電力取出し方向（Ｘ方向）に沿って、起電力が生じる。
【００３２】
本発明者等は、後述する実施例に示すように、熱発電デバイス１００が動作する、様々な条件を検討し、最適化することを試みた。それにより、熱発電デバイス１００における所定条件と、熱発電性能との関係を詳細に検討していく過程で、予想外に大きな熱発電性能が得られることを見出した。具体的には、積層面１８の方向２１と、起電力取出し方向（Ｘ方向）とがなす角度（角度θ）に対する熱発電性能について検討した。また、第１挟持層１３および第２挟持層１４における絶縁体１７の積層周期（周期ｘ）と、金属１６の厚さとの比に対する熱発電性能について検討した。また、前記周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比に対する熱発電性能について検討した。これら検討結果については、後述する。なお、金属１６の厚さまたは熱電材料層１５の厚さとは、積層体２０の積層方向（Ｚ方向）における厚さである（図１参照）。
【００３３】
熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＢｉ2-aＳｂaＴｅ3（０≦ａ≦２）とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、１００：１から０．４：１の範囲にあることが好ましく、４０：１から１：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２参照）。実施例からわかるように、周期ｘと金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３４】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｂｉ2-aＳｂaＴｅ3層）１５の厚さとの比は、１０００：１から２０：１の範囲にあることが好ましく、４００：１から１００：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例３参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３５】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、１０°以上７０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３６】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＢｉとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例６参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３７】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｂｉ層）１５の厚さとの比は、１００：１から５：１の範囲にあることが好ましく、５０：１から１０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例７参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３８】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、２０°以上６０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例５参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００３９】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＰｂＴｅとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、１００：１から０．４：１の範囲にあることが好ましく、４０：１から１：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１０参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４０】
また、この熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＰｂＴｅ層）１５の厚さとの比は、１０００：１から１０：１の範囲にあることが好ましく、４００：１から４０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１１参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４１】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、１０°以上６０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上５０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例９参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４２】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＳｉ0.8Ｇｅ0.2とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．６７：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１４参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４３】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層）１５の厚さとの比は、２５０：１から１０：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から２５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１５参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４４】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、１０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１３参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４５】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＣｏＳｉとする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．２５：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１８参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４６】
また、このような熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＣｏＳｉ層）１５の厚さとの比は、１００：１から６．２５：１の範囲にあることが好ましく、５０：１から１２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例１９参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４７】
また、この熱発電デバイス１００において、角度θは、２０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例１７参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４８】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＳｒＴｉＯ3とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、２０：１から１．２５：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から２．５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２２参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００４９】
また、この熱発電デバイス１００において、周期ｘと、熱電材料層（ＳｒＴｉＯ3層）１５の厚さとの比は、２５０：１から８：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から１０：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２３参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５０】
また、この熱発電デバイス１００においては、角度θは、１０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例２１参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５１】
また、熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料をＮａbＣｏＯ2（０．３≦ｂ≦０.８）とする場合は、周期ｘと、金属１６の厚さとの比は、５０：１から２：１の範囲にあることが好ましく、１０：１から５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２６参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、金属１６の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５２】
また、この熱発電デバイス１００においては、周期ｘと、熱電材料層（ＮａbＣｏＯ2層）１５の厚さとの比は、２５０：１から１２．５：１の範囲にあることが好ましく、１００：１から２５：１の範囲にあることが、より好ましい（後述する、実施例２７参照）。実施例からわかるように、周期ｘと、熱電材料層１５の厚さとの比を、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５３】
また、このような熱発電デバイス１００においては、角度θは、２０°以上５０°以下の範囲にあるように作製することが好ましく、２０°以上４０°以下の範囲であることが、より好ましい（後述する、実施例２５参照）。実施例からわかるように、角度θを、この範囲内とした場合の熱発電デバイス１００のパワーファクター（Ｓ2／ρ）は、極めて実用的な値となる。
【００５４】
なお、熱発電デバイス１００のパワーファクターは７０（μＷ／（ｃｍ・Ｋ2））以上であれば、特に好ましい。それにより、熱発電デバイス１００は、多くの用途に用いることができる。
【００５５】
上述したように、熱発電デバイス１００は、高い発電性能を有するという効果を奏する。熱発電デバイス１００において、熱発電材料層１５の材料に応じて、周期ｘと金属の厚さとの比、周期ｘと熱発電材料層の厚さとの比、および角度θを設定することにより、熱発電材料層１５の材料を単独で用いた場合の熱電性能を大きく超える。したがって、より実用的な熱発電デバイス１００を提供できる。
【００５６】
本発明の熱発電デバイスの作製方法の一例について図７Ａ〜図７Ｅを参照しながら説明する。図７Ａは、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造工程を示したフローチャートである。また、図７Ｂ〜図７Ｅは、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第１〜第４の工程図である。
【００５７】
まず、図７Ｂに示すように、金属１６と同一の材質である２枚の金属平板１６ａと、平板状の熱電材料層１５を用意し、熱電材料層１５を２枚の金属平板１６ａで挟んで加熱および圧着することで、これらを一体化して３層構造の積層構造体２０ａを作製する（ステップＳ１）。次に、図７Ｃに示すように、刃物などを用いて、３層の積層構造体２０ａに溝加工を施す（ステップＳ２）。この溝加工により形成された溝部１７ａは、絶縁体１７が形成される個所である。したがって、溝部１７ａの周期や、積層構造体２０ａに対する角度等を考慮して、溝加工を施す必要がある。また、溝加工は、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ側の両面からそれぞれ行うが、この際、両面における溝部１７ａの位置の周期は共に同一周期（周期ｘ）とする。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とする。また、溝部１７ａの深さは、少なくとも溝加工される側の金属平板１６ａを完全に分断するように、金属平板１６ａの厚さ以上とすることが必要である。
【００５８】
次に、図７Ｄに示すように、溝部１７ａに絶縁体１７を形成する（ステップＳ３）。具体的には、溝部１７ａに、電気絶縁体の粉体を含むペーストを充填した後に、熱処理などによりペーストを固化させることで、溝部１７ａに絶縁体１７を形成すればよい。また、液状の樹脂を、溝部１７ａに充填した後に乾燥させることによって絶縁体１７を形成してもよい。これにより、積層体２０が作製される。
【００５９】
次に、図７Ｅに示すように、第１電極１１および第２電極１２を作製する（ステップＳ４）。具体的には、積層体２０において、長手方向に垂直であり、互いに対向する２つの面に、それぞれ第１電極１１および第２電極１２を設置する。これにより、熱発電デバイス１００が作製される。第１電極１１および第２電極１２の作製には、例えば、蒸着法、スパッタ法などの気相成長の他に、導電性ペーストの塗布、めっき、溶射、はんだによる接合など、様々な方法を用いることができる。
【００６０】
なお、ステップＳ１において用意した熱電材料層１５および金属平板１６ａは、積層体２０と同等の大きさのものでなく、複数の積層体２０を形成できるだけの大きさのものとしてもよい。その場合は、ステップＳ３の後に、積層構造体２０ａから各積層体２０を切り出すこととすればよい。この場合は、切り出す位置、方向等により、絶縁体１７および金属１６の積層方向が異なるので、所望の積層方向となるように切り出す必要がある。
【００６１】
また、熱発電デバイス１００の製造方法は、上記方法に限定されるものではなく、熱発電デバイス１００の構造を実現できる製造方法であれば、これ以外の方法でもよい。例えば、長方形状の熱電材料平板の両面に、各金属１６となる平行四辺形状の金属平板を、一定の間隔を保ちながら周期的に接着することによって積層構造体２０ａを作製し、その後ステップＳ３およびステップＳ４を行ってもよい。この場合、金属平板間の一定の間隔が溝部１７ａに対応する。
【００６２】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る熱発電デバイスの斜視図である。図８に示すように、実施の形態２に係る熱発電デバイス２００は、複数の積層体２０が電気的に直列に接続された構成を有する。積層体２０の構成および機能等については、実施の形態１で説明したので省略する。
【００６３】
図８に示すように、実施の形態２に係る熱発電デバイス２００は、同一面上に並設された複数（４つ）の積層体２０と、それらを接続するための複数（３つ）の接続電極８１と、熱発電デバイス２００から外部に電力を取り出すための２つの取出し電極８２とを備えている。
【００６４】
４つの積層体２０は、電気的に直列となるように、接続電極８１により接続されている。そして、この接続体の両端部に位置する積層体２０の端部のうち、他の積層体２０と接続していない側の端部には、取出し電極８２が設置されている。
【００６５】
接続電極８１および取出し電極８２は電気伝導性を有する材料であれば、特に限定されない。具体的にはＣｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎ等の金属、またはＴｉＮ、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2等の窒化物や酸化物とすればよい。また、接続電極８１および取出し電極８２として、はんだや導電性ペーストを用いることも可能である。接続電極８１および取出し電極８２は、蒸着法、スパッタ法などの気相成長の他に、めっき、溶射など様々な方法を用いて作製することができる。なお、積層体２０を電気的に接続する際には、熱流により生じる、各積層体２０の起電力が相殺されないように接続することが好ましい。図８に示すように、隣り合う積層体２０は互いに傾斜構造の傾きが逆向きになるように配置することが好ましい。また、熱発電デバイス２００は、電気的に接続された、４つの積層体２０が同一面上に並設された構成を有するが、隣接する積層体２０間に、例えば樹脂を充填することで、熱発電デバイス２００を平板状としてもよい。
【００６６】
この熱発電デバイス２００を駆動する際は、熱発電デバイス２００の上面に高温部を密着し、下面に低温部を密着することでデバイス内に温度差を生じさせて、熱流を生じさせる。熱発電デバイス２００は、上記熱流を電力に変換して、取出し電極８２を介して外部に出力する。熱発電デバイス２００においては、熱発電デバイス２００における熱流を発生させるための実装面積を大きくすることで、より大きな発電量を得ることができる。なお、実装面積とは、発電に必要な温度勾配を生じさせるために、外部から熱を出入させるための領域の面積である。具体的には、熱発電デバイスにおいて高温部または低温部を密着させる領域の面積である。実装面積が大きくなれば、その分、熱発電デバイス２００内の熱流も大きくなるため、生じる起電力も大きくなる。熱発電デバイス２００は、熱発電デバイス１００に比べて積層体２０を多く使っていることから、実装面積も大きく、より大きな発電量を得ることができる。
【００６７】
なお、図８に示した熱発電デバイス２００には、４つの積層体２０を用いているが、積層体２０の数は４つに限定されるわけではなく、複数であればよい。また、接続電極８１を介して、複数の積層体２０を電気的に並列に接続することで、熱発電デバイスを構成してもよい。積層体２０を直列に接続して構成された熱発電デバイス２００は、電力を取り出す際の電圧が大きいという効果を奏するが、積層体２０を並列に接続して構成された熱発電デバイスは、熱発電デバイス全体の内部抵抗が小さいという効果を奏する。また、積層体２０を並列に接続して構成された熱発電デバイスは、電気的な接続が一部断線しても、デバイス全体としての電気的な接続を保つことができるという利点もある。また、これら直列および並列接続を適切に組み合わせることによって、熱発電デバイスを構成してもよい。
【００６８】
以上より、本発明の熱発電デバイスは、優れた発電性能を有しており、熱と電気とのエネルギー変換の応用を促進させるものであり、本発明の工業的価値は高い。本発明の熱発電デバイスは、例えば、自動車や工場から排出される排ガスなどの熱を用いた発電機として利用可能である。また、小型の携帯発電機などの用途にも応用できる。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。
【００７０】
（実施例１）
図１に示す熱発電デバイス１００を製造し、その性能を測定した。実施例１では、熱電材料層１５の材料を、Ｂｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3とした。また、金属１６として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いた。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【００７１】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００は、起電力が１８．４ｍＶで、抵抗が０．４４ｍΩであった。これより、パワーファクターは、４５７μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１の結果を得た。
【００７２】
【表１】
2010058526.tif 000042
【００７３】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、２００μＷ／ｃｍＫ2を超える、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上７０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。
【００７４】
（実施例２）
実施例１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｂｉ1.0Ｓｂ1.0Ｔｅ3を用いた。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【００７５】
【表２】
2010058526.tif 000043
【００７６】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表３に示す。表３に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。
【００７７】
【表３】
2010058526.tif 000044
【００７８】
（実施例３）
実施例１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｂｉ1.5Ｓｂ0.5Ｔｅ3とした。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは１０ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｂｉ1.5Ｓｂ0.5Ｔｅ3層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１００：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【００７９】
【表４】
2010058526.tif 000045
【００８０】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表５に示す。表５に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合に近い傾向が得られた。
【００８１】
【表５】
2010058526.tif 000046
【００８２】
（実施例４）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【００８３】
実施例４の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料はＢｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3とした。各積層体２０は、実施例１と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＢｉ0.5Ｓｂ1.5Ｔｅ3からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【００８４】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された、周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【００８５】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に、樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、９ｍΩであった。
【００８６】
実施例４の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．３５Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、２４０μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大４．４Ｗの電力を取り出すことができた。
【００８７】
（実施例５）
実施例５では、熱電材料層１５の材料をＢｉとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【００８８】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が８．７ｍＶで、抵抗が０．４ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１０６μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表６の結果を得た。
【００８９】
【表６】
2010058526.tif 000047
【００９０】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上６０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2以上の優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同程度またはそれ以上の性能が得られた。
【００９１】
（実施例６）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｂｉを用いた。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．４ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【００９２】
【表７】
2010058526.tif 000048
【００９３】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表８に示す。表８に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。
【００９４】
【表８】
2010058526.tif 000049
【００９５】
（実施例７）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｂｉとした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表９に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｂｉ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、２５：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【００９６】
【表９】
2010058526.tif 000050
【００９７】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１０に示す。表１０に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。
【００９８】
【表１０】
2010058526.tif 000051
【００９９】
（実施例８）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例８の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１００】
実施例８の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｂｉとした。各積層体２０は、実施例５と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍのＢｉからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１０１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１０２】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、７ｍΩであった。
【０１０３】
実施例８の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、９６μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．４Ｗの電力を取り出すことができた。
【０１０４】
（実施例９）
実施例９では、熱電材料層１５の材料をＰｂＴｅとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。
【０１０５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θが３０°である。また、溝は周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【０１０６】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が２３．５ｍＶで、抵抗が１．１ｍΩであった。これより、パワーファクターは、３０６μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１１の結果を得た。
【０１０７】
【表１１】
2010058526.tif 000052
【０１０８】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の４倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上６０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。
【０１０９】
（実施例１０）
実施例５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＰｂＴｅを用いた。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、２０ｍｍ、５０ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表１２に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【０１１０】
【表１２】
2010058526.tif 000053
【０１１１】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１３に示す。表１３に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。
【０１１２】
【表１３】
2010058526.tif 000054
【０１１３】
（実施例１１）
実施例９と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＰｂＴｅとした。角度θは３０°、周期ｘは２０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは５ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＰｂＴｅ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１００：１付近で最も良い性能であることが確認された。
【０１１４】
【表１４】
2010058526.tif 000055
【０１１５】
同様に、金属１６をＡｇとした場合の、熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１５に示す。表１５に示すように、パワーファクターは、金属１６をＡｇとした場合でも、金属１６がＣｕの場合と同様の傾向が得られた。
【０１１６】
【表１５】
2010058526.tif 000056
【０１１７】
（実施例１２）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１１８】
実施例１２の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＰｂＴｅとした。各積層体２０は実施例９と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＰｂＴｅからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１１９】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は２０ｍｍであった。したがって、周期ｘは２０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１２０】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、１８ｍΩであった。
【０１２１】
実施例１２の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．４８Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、２３０μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大３．３Ｗの電力を取り出すことができた。
【０１２２】
（実施例１３）
実施例１３では、熱電材料層１５の材料をＳｉ0.8Ｇｅ0.2とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。
【０１２３】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【０１２４】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が１７．７ｍＶで、抵抗が１．５ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１２４μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１６の結果を得た。
【０１２５】
【表１６】
2010058526.tif 000057
【０１２６】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上４０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の３倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが１０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。
【０１２７】
（実施例１４）
実施例１３と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表１７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１あるいは５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１２８】
【表１７】
2010058526.tif 000058
【０１２９】
（実施例１５）
実施例１３と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表１８に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１３０】
【表１８】
2010058526.tif 000059
【０１３１】
（実施例１６）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１３２】
実施例１６の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2とした。各積層体２０は実施例１３と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＳｉ0.8Ｇｅ0.2からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１３３】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１３４】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、２４ｍΩであった。
【０１３５】
実施例１６の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．３９Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、１１２μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．６Ｗの電力を取り出すことができた。
【０１３６】
（実施例１７）
実施例１７では、熱電材料層１５の材料をＣｏＳｉとし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。
【０１３７】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【０１３８】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が８．６ｍＶで、抵抗が０．４９ｍΩであった。これより、パワーファクターは、８７μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表１９の結果を得た。
【０１３９】
【表１９】
2010058526.tif 000060
【０１４０】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の２倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上４０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。
【０１４１】
（実施例１８）
実施例１７と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＣｏＳｉを用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．４ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２０に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１４２】
【表２０】
2010058526.tif 000061
【０１４３】
（実施例１９）
実施例１７と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＣｏＳｉとした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２１に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＣｏＳｉ層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、２５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１４４】
【表２１】
2010058526.tif 000062
【０１４５】
（実施例２０）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１４６】
実施例２０の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＣｏＳｉとした。各積層体２０は実施例２０と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍのＣｏＳｉからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１４７】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．４ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１４８】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、７．３ｍΩであった。
【０１４９】
実施例２０の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２０Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、８７μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．４Ｗの電力を取り出すことができた。
【０１５０】
（実施例２１）
実施例２１では、熱電材料層１５の材料をＳｒＴｉＯ3とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。
【０１５１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【０１５２】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が２０．０ｍＶで、抵抗が１．８ｍΩであった。これより、パワーファクターは、１０４μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表２２の結果を得た。
【０１５３】
【表２２】
2010058526.tif 000063
【０１５４】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが１０°以上５０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2と同等以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６にＡｌを用いた場合でも、角度θが２０°以上４０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同程度またはそれ以上の性能が得られた。
【０１５５】
（実施例２２）
実施例２１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＳｒＴｉＯ3を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は２００ｍｍ、幅５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２３に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１５６】
【表２３】
2010058526.tif 000064
【０１５７】
（実施例２３）
実施例２１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、ＳｒＴｉＯ3とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２４に示す。溝の周期（周期ｘ）と、ＳｒＴｉＯ3層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１５８】
【表２４】
2010058526.tif 000065
【０１５９】
（実施例２４）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１６０】
実施例２４の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＳｒＴｉＯ3とした。各積層体２０は、実施例２１と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＳｒＴｉＯ3からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１６１】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１６２】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、２７．５ｍΩであった。
【０１６３】
実施例２４の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．４０Ｖとなり、パワーファクターを見積もると、１０５μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．５Ｗの電力を取り出すことができた。
【０１６４】
（実施例２５）
実施例２５では、熱電材料層１５の材料をＮａ0.5ＣｏＯ2とし、金属１６としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌを用いて、図１に示す熱発電デバイス１００を製造した。第１電極１１および第２電極１２には、Ａｕを用いた。熱電材料層１５と、２枚の金属平板１６ａとからなる積層構造体２０ａは、２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍの熱電材料からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの金属板を熱圧着して得た（図７Ｂ参照）。
【０１６５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ１．２ｍｍ、かつ積層構造体２０ａの長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。その後、積層構造体２０ａの長辺の両端に、スパッタ法によりＡｕからなる電極を形成して、熱発電デバイス１００を作製した（図７Ｅ参照）。
【０１６６】
作製した試料（熱発電デバイス）に対して発電性能の評価を行った。図６に示すように、熱発電デバイス１００のＹ方向に対して垂直の面の一方をセラミックヒータ（高温部６２）により４０℃に加熱し、他方を水冷装置（低温部６３）で３０℃に冷却して、両電極間の起電力と電気抵抗を測定した。金属１６を銅とした熱発電デバイス１００の場合は、起電力が１０．７ｍＶで、抵抗が１．３ｍΩであった。これより、パワーファクターは、９９μＷ／ｃｍＫ2と見積もられた。同様に、金属１６および角度θを変化させて、熱発電デバイス１００の性能を測定したところ、表２５の結果を得た。
【０１６７】
【表２５】
2010058526.tif 000066
【０１６８】
以上の結果から、熱発電デバイス１００は、金属１６がＡｌ以外であれば、角度θが２０°以上４０°以下のときに、現在、実用化されている、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスのパワーファクターである約４０μＷ／ｃｍＫ2の２倍程度またはそれ以上の、優れた熱発電デバイス特性を示すことが判った。熱発電デバイス１００は、金属１６として、ＡｇまたはＣｕを用いた場合に、他の金属を用いた場合に比べて性能が高いことが確認された。また、熱発電デバイス１００において、金属１６をＡｌとした場合でも、角度θが２０°以上５０°以下であれば、Ｂｉ2Ｔｅ3を用いたπ型デバイスと同等以上の性能が得られた。
【０１６９】
（実施例２６）
実施例２５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、Ｎａ0.8ＣｏＯ2を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２６に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、１０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１７０】
【表２６】
2010058526.tif 000067
【０１７１】
（実施例２７）
実施例２５と同様に製造した熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５の材料は、Ｎａ0.3ＣｏＯ2とした。角度θは３０°、周期ｘは１０ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、厚さは１ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は、長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。熱電材料層１５の厚さを、０．０２ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１ｍｍ、１．６ｍｍと変化させた。熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を表２７に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｎａ0.3ＣｏＯ2層（熱電材料層１５）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５０：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【０１７２】
【表２７】
2010058526.tif 000068
【０１７３】
（実施例２８）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【０１７４】
実施例２８の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、Ｎａ0.4ＣｏＯ2とした。各積層体２０は、実施例２５と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍｍのＮａ0.4ＣｏＯ2からなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【０１７５】
次に、積層構造体２０ａの金属平板１６ａ部分に両側から、幅０．５ｍｍ、深さ２．２ｍｍ、かつ積層体の長辺に対する傾斜角度が３０°である溝加工を、エンドミルによって行った（図７Ｃ参照）。したがって、図２に図示された、角度θは３０°である。また、溝部１７ａは周期的に配置され、図２に図示された周期ｘに対応する溝部１７ａ間の距離は１０ｍｍであった。したがって、周期ｘは１０ｍｍである。また、２枚の金属平板１６ａに形成された溝部１７ａは、互いに半周期ずれた配置とした。
【０１７６】
上記の工程により、積層体２０を計１５個作製した。作製した１５個の積層体２０を、１ｍｍ間隔で同一面上に並設し、接続電極８１および取出し電極８２として、５０μｍ厚のＩｎ箔を加熱および加圧することによって形成し、積層体２０間の電気的接続を行った。１５個の積層体２０を、起電力の向きをそろえて、直列に接続した。隣接する積層体２０の隙間および積層体２０の溝部（絶縁体１７）に樹脂を充填することで、約２００ｍｍ×８０ｍｍ×５ｍｍの平板状の熱発電デバイス２００を製造した。この熱発電デバイス２００の取出し電極８２間の抵抗値を測定したところ、１６ｍΩであった。
【０１７７】
実施例２８の熱発電デバイス２００の発電特性を評価した。まず、熱発電デバイス２００の２００ｍｍ×８０ｍｍの片面を、アルミナ板を介して水冷することで低温部とした。熱発電デバイス２００の他方の面に、高温部となるセラミックヒータを密着させた。このような構成で、低温部を２５℃、高温部を４０℃に保持したところ、開放端起電力は０．２８Ｖとなり、パワーファクターを見積もると８４μＷ／ｃｍＫ2という高い値が得られた。この熱発電デバイス２００から、最大１．２Ｗの電力を取り出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換を行う熱発電デバイスに利用可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、当該積層構造の積層方向について、交互に現れるように配置される、熱発電デバイス。
【請求項２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置されている、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３】
前記熱電材料層は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項４】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上５０°以下である、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上４０°以下である、請求項４に記載の熱発電デバイス。
【請求項６】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１．６７：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２：１の範囲にある、請求項６に記載の熱発電デバイス。
【請求項８】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、２５０：１から１０：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項９】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から２５：１の範囲にある、請求項８に記載の熱発電デバイス。
【請求項１０】
前記熱電材料層は、Ｂｉ2-aＳｂＴｅ3層（０≦ａ≦２）である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１１】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上７０°以下である、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１２】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１３】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１４】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項１３に記載の熱発電デバイス。
【請求項１５】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から２０：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１６】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から１００：１の範囲にある、請求項１５に記載の熱発電デバイス。
【請求項１７】
前記熱電材料層は、Ｂｉ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１８】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上６０°以下である、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項１９】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１８に記載の熱発電デバイス。
【請求項２０】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２１】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２．５：１の範囲にある、請求項２０に記載の熱発電デバイス。
【請求項２２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から５：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２３】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、５０：１から１０：１の範囲にある、請求項２２に記載の熱発電デバイス。
【請求項２４】
前記熱電材料層は、ＰｂＴｅ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項２５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上６０°以下である、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２６】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項２５に記載の熱発電デバイス。
【請求項２７】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２８】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項２７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２９】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から１０：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項３０】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から４０：１の範囲にある、請求項２９に記載の熱発電デバイス。
【請求項３１】
前記金属が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３２】
前記金属が、Ａｌである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３３】
パワーファクターが７０μＷ／（ｃｍ・Ｋ2）以上である、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３４】
熱発電デバイスに温度差を生じさせて、前記熱発電デバイスから電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法であって、
前記熱発電デバイスは、
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法。
【請求項３５】
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を出力する、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３６】
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有する積層体であって、前記第１挟持層および前記第２挟持層が、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、前記積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記積層方向において、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とが、交互に現れる積層体とを有する、熱発電デバイス。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010058526.tif 000069
【図２】
2010058526.tif 000070
【図３】
2010058526.tif 000071
【図４】
2010058526.tif 000072
【図５】
2010058526.tif 000073
【図６】
2010058526.tif 000074
【図７Ａ】
2010058526.tif 000075
【図７Ｂ】
2010058526.tif 000076
【図７Ｃ】
2010058526.tif 000077
【図７Ｄ】
2010058526.tif 000078
【図７Ｅ】
2010058526.tif 000079
【図８】
2010058526.tif 000080
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月14日(2010.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、当該積層構造の積層方向について、交互に現れるように配置される、熱発電デバイス。
【請求項２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置されている、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３】
前記熱電材料層は、Ｓｉ0.8Ｇｅ0.2層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項４】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上５０°以下である、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上４０°以下である、請求項４に記載の熱発電デバイス。
【請求項６】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１．６７：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項７】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２：１の範囲にある、請求項６に記載の熱発電デバイス。
【請求項８】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、２５０：１から１０：１の範囲にある、請求項３に記載の熱発電デバイス。
【請求項９】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から２５：１の範囲にある、請求項８に記載の熱発電デバイス。
【請求項１０】
前記熱電材料層は、Ｂｉ2-aＳｂＴｅ3層（０≦ａ≦２）である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１１】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上７０°以下である、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１２】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１３】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１４】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項１３に記載の熱発電デバイス。
【請求項１５】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から２０：１の範囲にある、請求項１０に記載の熱発電デバイス。
【請求項１６】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から１００：１の範囲にある、請求項１５に記載の熱発電デバイス。
【請求項１７】
前記熱電材料層は、Ｂｉ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項１８】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上６０°以下である、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項１９】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項１８に記載の熱発電デバイス。
【請求項２０】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、２０：１から１：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２１】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１０：１から２．５：１の範囲にある、請求項２０に記載の熱発電デバイス。
【請求項２２】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１００：１から５：１の範囲にある、請求項１７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２３】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、５０：１から１０：１の範囲にある、請求項２２に記載の熱発電デバイス。
【請求項２４】
前記熱電材料層は、ＰｂＴｅ層である、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項２５】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、１０°以上６０°以下である、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２６】
前記積層体の積層面および前記積層構造の積層面の交線方向と、前記起電力取出し方向とのなす角度が、２０°以上５０°以下である、請求項２５に記載の熱発電デバイス。
【請求項２７】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、１００：１から０．４：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項２８】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記金属の厚さとの比が、４０：１から１：１の範囲にある、請求項２７に記載の熱発電デバイス。
【請求項２９】
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、共に周期的な前記積層構造を有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層における絶縁体の積層周期は、同一であって、
前記第１挟持層および前記第２挟持層の絶縁体は、その積層方向について、互いに実質的に半周期ずれて配置され、
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、１０００：１から１０：１の範囲にある、請求項２４に記載の熱発電デバイス。
【請求項３０】
前記絶縁体の積層周期と、前記積層体の積層方向についての前記熱電材料層の厚さとの比が、４００：１から４０：１の範囲にある、請求項２９に記載の熱発電デバイス。
【請求項３１】
前記金属が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３２】
前記金属が、Ａｌである、
請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３３】
パワーファクターが７０μＷ／（ｃｍ・Ｋ2）以上である、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３４】
熱発電デバイスに温度差を生じさせて、前記熱発電デバイスから電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法であって、
前記熱発電デバイスは、
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に挟まれて、前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に対して直交する方向に積層された積層体とを備え、
前記積層体は、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、
前記第１挟持層および前記第２挟持層は、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、当該積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、
前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とは、前記積層方向について、交互に現れるように配置され、
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を得る、熱発電デバイスを用いた発電方法。
【請求項３５】
前記積層体の積層方向に直交し、かつ前記起電力取出し方向に直交する方向に温度差を生じさせることで、前記第１電極および前記第２電極を介して電力を出力する、請求項１に記載の熱発電デバイス。
【請求項３６】
互いに対向して配置された第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の双方に電気的に接続され、熱電材料層と、前記熱電材料層を挟むように配置された第１挟持層および第２挟持層とを有し、前記第１電極および前記第２電極が対向する方向である起電力取出し方向に直交する方向に積層された積層体であって、前記第１挟持層および前記第２挟持層が、それぞれ金属および絶縁体が交互に積層された積層構造を有し、前記積層構造の積層方向は、前記積層体の積層面と平行であり、かつ前記起電力取出し方向に対して傾斜する方向であり、前記積層方向において、前記第１挟持層の絶縁体と、前記第２挟持層の絶縁体とが、交互に現れる積層体とを有する、熱発電デバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの正面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図
【図４】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの第１の変形例を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの第２の変形例を示す平面図
【図６】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスを駆動する際の構成を示した正面図
【図７Ａ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造工程を示したフローチャート
【図７Ｂ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第１の工程図
【図７Ｃ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第２の工程図
【図７Ｄ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第３の工程図
【図７Ｅ】本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの製造方法における第４の工程図
【図８】本発明の実施の形態２に係る熱発電デバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの斜視図である。図１に示すように、実施の形態１に係る熱発電デバイス１００は、互いに対向配置された第１電極１１および第２電極１２と、第１電極１１および第２電極１２の間に挟まれて設置されていて、第１電極１１および第２電極１２の双方に電気的に接続されている積層体２０と、を備えている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
積層体２０の積層方向（Ｚ方向）における絶縁体１７の厚さは、金属１６の厚さ以上であればよい。図３は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの平面図である。例えば、図１および図３に示すように、Ｚ方向における絶縁体１７の厚さは、Ｚ方向における金属１６と熱電材料層１５の厚さの和に等しいことが好ましいが、それ以外の厚さでもよい。図４は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの第１の変形例を示す平面図であり、図５は、本発明の実施の形態１に係る熱発電デバイスの第２の変形例を示す平面図である。図４に示すように、絶縁体１７が、熱電材料層１５の一部に入り込む形になっていてもよい。さらに、図５に示すように、第１挟持層１３の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第２挟持層１４に到達し、第２挟持層１４の絶縁体１７が、熱電材料層１５を分断して第１挟持層１３に到達していてもよい。ただし、積層体２０が絶縁体１７によって完全に分断されることはない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
上述したように、熱発電デバイス１００は、高い発電性能を有するという効果を奏する。熱発電デバイス１００において、熱電材料層１５の材料に応じて、周期ｘと金属の厚さとの比、周期ｘと熱電材料層の厚さとの比、および角度θを設定することにより、熱電材料層１５の材料を単独で用いた場合の熱電性能を大きく超える。したがって、より実用的な熱発電デバイス１００を提供できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
（実施例１２）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例１２の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
（実施例１６）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例１６の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
（実施例２０）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例２０の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
実施例２０の熱発電デバイス２００において、接続電極８１および取出し電極８２にはＩｎを用いた。各積層体２０において、金属１６はＣｕとし、熱電材料層１５の材料は、ＣｏＳｉとした。各積層体２０は実施例１７と同様の製造方法で製造した。２００ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍのＣｏＳｉからなる板材の両面に、２００ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍのＣｕ板を熱圧着して、積層構造体２０ａを得た（図７Ｂ参照）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５５】
（実施例２２）
実施例２１と同様に製造した熱発電デバイス１００において、金属１６の厚さを変化させて、その性能を測定した。熱電材料層１５としては、ＳｒＴｉＯ3を用いた。角度θは３０°であり、周期ｘは１０ｍｍとした。また、熱電材料層１５の厚さは０．２ｍｍに固定し、熱発電デバイス１００の外形は長さ２００ｍｍ、高さ５ｍｍとした。金属１６はＣｕとして、その厚さを、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた熱発電デバイス１００のパワーファクターの測定結果を、表２３に示す。溝の周期（周期ｘ）と、Ｃｕ（金属１６）の厚さとの比により、熱発電デバイス１００の性能が左右されていることがわかる。この比が、５：１付近で最も良い性能であることが確認された。また、測定結果は示していないが、金属１６をＡｇとした場合も、同様の傾向が得られた。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５９】
（実施例２４）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例２４の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７３】
（実施例２８）
図８に示す熱発電デバイス２００を製造し、その性能を測定した。なお、図８に示した熱発電デバイス２００は、４個の積層体２０により構成されているが、実施例２８の熱発電デバイス２００は、１５個の積層体２０を電気的に直列に接続することにより構成されている。この点以外は、図８と同様であるため、以下、図８を参照する。
【国際調査報告】
2010058526.tif 000081
2010058526.tif 000082