(57)【要約】いくつかの実施形態において、熱電装置と熱電装置の種々の用途について説明する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。
2013546175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、
少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、
前記ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、前記ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有することを特徴とする熱電装置。
【請求項２】
複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層とを備えることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項３】
前記ｐ型層のカーボンナノパーティクルは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項４】
前記ｐ型層の前記カーボンナノパーティクルはホウ素からなることを特徴とする請求項３に記載の熱電装置。
【請求項５】
前記ホウ素は、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントの量で前記カーボンナノパーティクル中に存在することを特徴とする請求項４に記載の熱電装置。
【請求項６】
前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項７】
前記ｎドープカーボンナノパーティクルは窒素からなることを特徴とする請求項６に記載の熱電装置。
【請求項８】
前記窒素は、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントの量で前記カーボンナノパーティクル中に存在することを特徴とする請求項７に記載の熱電装置。
【請求項９】
前記ｐ型層の前記カーボンナノパーティクルは、ポリマーマトリックスに配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１０】
前記ポリマーマトリックスはフッ素ポリマーからなることを特徴とする請求項９に記載の熱電装置。
【請求項１１】
前記フッ素ポリマーは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項１０に記載の熱電装置。
【請求項１２】
前記ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸、ポリオレフィン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項９に記載の熱電装置。
【請求項１３】
前記カーボンナノパーティクルは、約５重量パーセント〜約９５重量パーセントの量で前記ポリマーマトリックス中に存在することを特徴とする請求項９に記載の熱電装置。
【請求項１４】
前記カーボンナノパーティクルは、約１０重量パーセント〜約４０重量パーセントの量で前記ポリマーマトリックス中に存在することを特徴とする請求項９に記載の熱電装置。
【請求項１５】
前記ｐ型層は、２９０°Ｋの温度にて約１０μＶ／Ｋ〜約３５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有することを特徴とする請求項９に記載の熱電装置。
【請求項１６】
前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、ポリマーマトリックスに配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１７】
前記ポリマーマトリックスはフッ素ポリマーからなることを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項１８】
前記フッ素ポリマーは、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項１７に記載の熱電装置。
【請求項１９】
前記ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸、ポリオレフィン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項２０】
前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、約５重量パーセント〜約９５重量パーセントの量で前記ポリマーマトリックス中に存在することを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項２１】
前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、約１０重量パーセント〜約４０重量パーセントの量で前記ポリマーマトリックス中に存在することを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項２２】
前記ポリマーマトリックスは、ｎドープカーボンナノパーティクルに前記ｎドーパントを与えることを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項２３】
前記ｎ型層は、２９０°Ｋの温度にて約−１０μＶ／Ｋ〜約−３５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有することを特徴とする請求項１６に記載の熱電装置。
【請求項２４】
前記絶縁層は、電気絶縁性を有するポリマー材料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２５】
前記電気絶縁性ポリマー材料はポリオレフィンからなることを特徴とする請求項２４に記載の熱電装置。
【請求項２６】
前記ｐ型層の前記カーボンナノパーティクルは、ｐドープ無機ナノパーティクルで置換され、前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、ｎドープ無機ナノパーティクルで置換されることを特徴とする請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２７】
ＺＴ値が少なくとも０．５であることを特徴とする請求項２に記載の熱電装置。
【請求項２８】
光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを備える光熱装置であって、
前記熱電コンポーネントは、
少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、
少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、
前記ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、前記ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有することを特徴とする光熱装置。
【請求項２９】
前記熱電装置は、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的に前記ｐ型層と前記ｎ型層との間に配置される絶縁層とを備えることを特徴とする請求項２８に記載の光熱装置。
【請求項３０】
前記ｐ型層のカーボンナノパーティクルは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項２８に記載の光熱装置。
【請求項３１】
前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物からなることを特徴とする請求項３０に記載の光熱装置。
【請求項３２】
前記ｐ型層の前記カーボンナノパーティクルは、ポリマーマトリックスに配置され、前記ｎ型層の前記ｎドープカーボンナノパーティクルは、ポリマーマトリックスに配置されることを特徴とする請求項２８に記載の光熱装置。
【請求項３３】
前記光起電コンポーネントは、放射線透過性の第１の電極と、放射線透過性の第２の電極と、前記放射線透過性の第１の電極と前記放射性透過性の第２の電極との間に配置される少なくとも１層の感光層とを備えることを特徴とする請求項２８に記載の光熱装置。
【請求項３４】
前記少なくとも１層の感光層は、感光性有機材料、感光性無機材料、又は、それらの組み合わせからなることを特徴とする請求項３３に記載の光熱装置。
【請求項３５】
前記光起電コンポーネントと前記熱電コンポーネントとの間に配置されたストークスシフト層をさらに備え、前記ストークスシフト層は、１以上のストークスシフト化学種を有することを特徴とする請求項３３に記載の光熱装置。
【請求項３６】
前記１以上のストークスシフト化学種は、前記光起電コンポーネントを通過する電磁放射線を吸収することが可能であることを特徴とする請求項３５に記載の光熱装置。
【請求項３７】
前記１以上のストークスシフト化学種は染料からなることを特徴とする請求項３５に記載の光熱装置。
【請求項３８】
前記１以上のストークスシフト化学種は蛍光体からなることを特徴とする請求項３５に記載の光熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願データ）
本願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の規定により、２０１０年１０月１８日出願の米国仮特許出願番号６１／３９４，２９３に基づく優先権を主張し、この仮出願の内容を参照することにより援用する。
【０００２】
本発明は、熱電材料に関し、特に熱電材料を組み込んだ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱エネルギーは発電に広く利用されている。しかし、現行の手法による熱エネルギーの電気エネルギーへの変換効率は低く、約３０〜４０パーセントである。そのため、熱エネルギーの多くが無駄に周辺環境に流出する。世界の年間発電量において、約１５テラワットの電力が周辺環境に失われていると推定される。
【０００４】
熱電材料は、現行以上に発電を行うために熱を捕獲することが可能である。熱電効率は性能指数ＺＴで数値化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高いＺＴ値を示す熱電材料は、熱電効率が高い。妥当なＺＴ値を有する熱電材料の製造は、困難で費用がかかることが多い。例えば、カルコゲン化ビスマスは、ＺＴ値が０．７〜１．０で優れた熱電特性を有している。このような材料をナノ構造化させ、Ｂｉ２Ｔｅ３層とＢｉ２Ｓｅ３層を交互に形成した超格子構造を生成し、許容可能な導電性を有し、かつ、熱伝導性が低い材料を得ることができる。しかし、このような材料の製造は時間と費用がかかることがある。
【０００６】
さらに、製造条件や他の材料許容度を考えると、多くの熱電材料は、種々の集熱及び発電装置に容易に組み込むことができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一側面において、いくつかの実施形態により、既存の熱電材料の１以上の問題点を克服又は軽減できる熱電装置について説明する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルはｐドープされている。
【０００８】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、少なくとも１層のｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、少なくとも１層のｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。
【０００９】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層は、さらに、カーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、さらに、ｎドープカーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
【００１０】
本願の熱電装置のいくつかの実施形態において、ｐドープ及びｎドープのカーボンナノチューブを含むカーボンナノパーティクルを、１以上の無機半導体ナノパーティクルで置換することができる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルは、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、あるいは、これらの組み合わせからなる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルは、量子ドット及び／又はナノワイヤからなる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルの寸法は、本願のカーボンナノパーティクルのいずれとも一致する。
【００１１】
他の側面において、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを備える光熱装置について説明する。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。
【００１２】
いくつかの実施形態において、光熱装置は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間に配置されたストークスシフト層を備える。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣接面に伝達する熱エネルギーを生成することが可能な１以上のストークスシフト化学種を有する。いくつかの実施形態において、ストークスシフト化学種は、光起電コンポーネントを通過する電磁放射線を吸収する。
【００１３】
さらに、いくつかの実施形態において、１以上のストークスシフト化学種より放出される放射線は、光起電コンポーネントにより吸収される。
【００１４】
他の側面において、熱電装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、熱電装置の製造方法は、複数のカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｐ型層を設け、複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｎ型層を設け、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置し、ｐ型層とｎ型層とを結合してｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、複数のｐ型層及びｎ型層を設け、互いに結合して、複数のｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、（複数の）ｐ型層と（複数の）ｎ型層との間に（複数の）絶縁層を配置する。さらに、熱電装置の製造方法のいくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
【００１５】
他の側面において、光熱装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、光起電コンポーネントを設け、熱電コンポーネントを設け、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを結合する。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、上述のように、複数のｎ型層に結合された複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層を備える。
【００１６】
いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を配置する。
【００１７】
他の側面において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法について説明する。いくつかの実施形態において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法は、光起電コンポーネントと、光起電コンポーネントに結合された熱電コンポーネントとを備える装置を設ける。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。また、変換方法は、光起電コンポーネントにより電磁放射線を吸収して光電流を生成し、熱電コンポーネントの一面を加熱して熱電コンポーネント全体に電圧を誘導する。
【００１８】
いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントで発生した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。また、いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を設け、電磁放射線をストークスシフト層により吸収して熱及び電磁放射線を生成し、生成した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層により生成した電磁放射線を光起電コンポーネントに伝達して、光電流の生成を行う。
【００１９】
これらの実施形態及び他の実施形態について、以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図である。
【図２】本願の一実施形態に係る熱電装置を示すである。
【図３】本願のいくつかの実施形態に係るポリマーマトリックスにおける種々のカーボンナノチューブ充填量に対するゼーベック係数を示す図である。
【図４】本願の一実施形態に係る光熱装置を示す図である。
【図５】本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願の実施形態は、以下の詳細な説明、例、図面を参照することにより、より容易に理解できる。なお、ここで説明する構成要素、装置、方法は、詳細な説明、例、図面に示される具体的な実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、本発明の原理を例示するものにすぎない。本発明の主旨を逸脱することなく多数の変更や修正を行うことは、当該分野の技術者にとって容易に明らかであろう。
【００２２】
また、ここに開示する数値範囲はすべて、それに含まれるすべてのサブ範囲を含むものとする。例えば、「１．０〜１０．０」という範囲の記載がある場合、最小値１．０以上で始まり、最大値１０．０以下で終わるサブ範囲、例えば、１．０〜５．３、４．７〜１０．０、３．６〜７．９等、がすべて含まれるものとする。
【００２３】
いくつかの実施形態において、熱電装置について説明する。この熱電装置は、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルはｐドープされている。
【００２４】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、少なくとも１層のｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、少なくとも１層のｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、ｐｎ接合部位においてｐ型層とｎ型層との間に金属接触部が設けられる。いくつかの実施形態において、例えば、金属接触部によりｐ型層がｎ型層に結合され、本願の熱電装置のｐｎ接合を形成する。
【００２５】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層は、さらに、カーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、さらに、ｎドープカーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスを有する。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層とは積層構成である。
【００２６】
図１は、本願の一実施形態に係る熱電装置を広げた状態の側面図を示す。図１に示す熱電装置では、２層のｐ型層（１）が１層のｎ型層（２）に交互に結合されている。ｐ型層（１）とｎ型層（２）を交互に結合することにより、熱電装置の表裏面にｐｎ接合（４）を有するｚ型構成が得られる。ｐ型層（１）とｎ型層（２）とを積層構成にする際に、ｐ型層（１）とｎ型層（２）の境界面の間に絶縁層（３）を配置する。上述のように、図１に示す熱電装置は、装置の種々の構成要素の例示と理解を促すために広げた状態で示してある。なお、いくつかの実施形態においては、絶縁層（３）がｐ型層（１）とｎ型層（２）とに接触するように、熱電装置を広げた状態とはしない。
【００２７】
また、図１は、熱電装置の一面を熱源に露出することにより誘導される熱電装置内の電流の流れも示している。熱的に発生した電流を外部負荷部に印加するために、熱電装置に電気接触部（Ｘ）が設けられる。
【００２８】
図２は、本願の一実施形態に係る、ｐ型層（２０１）とｎ型層（２０２）とが積層構成である熱電装置（２００）を示す。ｐ型層（２０１）とｎ型層（２０２）とは、積層構成における絶縁層（２０７）によって隔離されている。熱電装置（２００）は、電気接触部（２０４、２０５）により外部負荷部に接続される。
【００２９】
ここで、本願の熱電装置の種々の実施形態に含むことができる構成要素について説明するが、本願の熱電装置は、複数のカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｐ型層を備えている。
【００３０】
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルは、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物からなる。いくつかの実施形態において、フラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）からなる。いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、ｐドープ多層カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物からなる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセント〜約２５重量パーセント、あるいは、約１０重量パーセントから約２０重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントのホウ素を含む。いくつかの実施形態において、ｐドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｐドープ多層カーボンナノチューブは、酸素を含む。
【００３２】
いくつかの実施形態において、ｐ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの格子に組み込まれる。いくつかの実施形態において、ｐ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの周辺環境により外部からカーボンナノチューブに与えられる。以下にさらに説明するように、いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノチューブは、ポリマーマトリックスに配置される。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、カーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与えることができる。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｐドープされていない。あるいは、ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｐドーパントを有する。また、いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスに配置されたアルカリ金属等の化学種は、カーボンナノチューブのｐドーパントとして機能することができる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルは、高いアスペクト比を有する。ここで言うアスペクト比とは、カーボンナノパーティクルの長さをカーボンナノパーティクルの直径又は幅で除算したものである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルは、約１〜約１０６のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルは、約１０〜約１００，０００のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルは、約１０〜約１０，０００、又は、約５〜約１０００のアスペクト比を有する。
【００３４】
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｐ型層のカーボンナノパーティクルの長さは、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１０ｎｍ〜約１ｍｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルの長さは、約５０ｎｍ〜約５００μｍ、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、又は、約５００ｎｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルの長さは、約２００μｍ〜約５００μｍである。
【００３５】
いくつかの実施形態において、ｐ型層のカーボンナノパーティクルの直径は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルの直径は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍである。いくつかの実施形態において、カーボンナノパーティクルの直径は、約１００ｎｍより大きいか、約１ｎｍ未満である。
【００３６】
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｐ型層のカーボンナノパーティクルは、マット構成で設けられる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本願のカーボンナノパーティクルのうちの１種以上を、約０．１重量パーセント〜約１００重量パーセント含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、少なくとも約２重量パーセントのカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、少なくとも５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントのカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、約２重量パーセント〜約５０重量パーセントのカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｐ型層は、約５重量パーセント〜約３０重量パーセントのカーボンナノパーティクルを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態において、本願のｐ型層のカーボンナノパーティクル充填量は、この層の所望のゼーベック係数に応じて選択することができる。図３は、本願のいくつかの実施形態に係るｐ型層のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）マトリックスのＳＷＮＴ充填量の関数としてのゼーベック係数を示す。図３に示すように、ＳＷＮＴ充填量が５重量パーセントから１００重量パーセントで、ｐ型層について一定範囲のゼーベック係数が得られる。
【００３９】
上述のように、いくつかの実施形態において、ｐ型層は、さらに、カーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスを有する。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれもポリマーマトリックスの生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含むフッ素ポリマーからなるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体からなる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンからなるが、これらに限定されるものではない。
【００４０】
いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、１以上の共役ポリマーからなる。いくつかの実施形態において、共役ポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェンからなる。
【００４１】
いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、１以上の半導体ポリマーからなる。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体からなることも可能である。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）からなる。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ［２，６−（４，４−ビス−（２−エチルヘキシル）−４Ｈ−シクロペンタ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ジチオフェン）−alt−４，７―（２，１，３−ベンゾチアジアゾール）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）からなる。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約１０ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の厚さは、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、約１μｍ〜約１００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｐ型層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。
【００４４】
いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約２０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約３０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約５μＶ／Ｋ〜約３５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約１０μＶ／Ｋ〜約３０μＶ／Ｋである。
【００４５】
上述のように、いくつかの実施形態において、ｐ型層のゼーベック係数は、カーボンナノパーティクルの同定情報と充填量に応じて変えることができる。いくつかの実施形態において、例えば、ｐ型層のゼーベック係数は、ｐ型層の単層カーボンナノチューブ充填量に反比例する。
【００４６】
本願の熱電装置は、少なくとも１層のｐ型層に加えて、複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｎ型層を備える。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルは、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物からなる。いくつかの実施形態において、フラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）からなる。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物からなる。
【００４８】
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｎ型層のカーボンナノパーティクルは、マット構成で設けられる。
【００４９】
いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセント〜約３０重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセント〜約２５重量パーセント、あるいは、約１０重量パーセントから約２０重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントの窒素を含む。いくつかの実施形態において、ｎドープ単層カーボンナノチューブ、及び／又は、ｎドープ多層カーボンナノチューブは、低酸素ナノチューブである。
【００５０】
いくつかの実施形態において、ｎ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの格子に組み込まれる。いくつかの実施形態において、ｎ型ドーパントは、単層及び／又は多層カーボンナノチューブの周辺環境により外部からカーボンナノチューブに与えられる。以下にさらに説明するように、いくつかの実施形態において、ｎ型層のカーボンナノチューブは、ポリマーマトリックスに配置される。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、カーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与えることができる。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、マトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｎドープされていない。ポリマーマトリックスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを与える場合のいくつかの実施形態において、マトリックスへの組み込み前のカーボンナノチューブはｎドープされている。
【００５１】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のｎドープカーボンナノパーティクルは、高いアスペクト比を有する。いくつかの実施形態において、ｎ型層のｎドープカーボンナノパーティクルは、約１〜約１０６のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルは、約１０〜約１００，０００のアスペクト比を示す。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルは、約１０〜約１０，０００、又は、約５〜約１０００のアスペクト比を有する。
【００５２】
いくつかの実施形態において、カーボンナノチューブを含むｎ型層のカーボンナノパーティクルの長さは、約１ｎｍ〜約５ｍｍ、又は、約１０ｎｍ〜約１ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルの長さは、約５０ｎｍ〜約５００μｍ、約１００ｎｍ〜約１００μｍ、又は、約５００ｎｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルの長さは、約２００ｐｍ〜約５００μｍである。
【００５３】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のカーボンナノパーティクルの直径は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルの直径は、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、又は、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎドープカーボンナノパーティクルの直径は、約１００ｎｍより大きいか、約１ｎｍ未満である。
【００５４】
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本願のｎドープカーボンナノパーティクルのうちの１種以上を、約０．１重量パーセント〜約１００重量パーセント含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、少なくとも約２重量パーセントのｎドープカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、少なくとも５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントのｎドープカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、約２重量パーセント〜約５０重量パーセントのｎドープカーボンナノパーティクルを含む。いくつかの実施形態において、ｎ型層は、約５重量パーセント〜約３０重量パーセントのｎドープカーボンナノパーティクルを含む。ｐ型層と同様に、いくつかの実施形態において、ｎ型層のナノパーティクル充填量は、この層の所望のゼーベック係数に応じて決定することができる。
【００５５】
上述のように、いくつかの実施形態において、ｎ型層は、ｎドープカーボンナノパーティクルが配置されたポリマーマトリックスをさらに有する。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれも、ｎドープカーボンナノパーティクルを受け入れるポリマーマトリックスの生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体を含むフッ素ポリマーからなるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体からなる。いくつかの実施形態において、ポリマーマトリックスは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンからなるが、これらに限定されるものではない。
【００５６】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のポリマーマトリックスは、１以上の共役ポリマーからなる。いくつかの実施形態において、共役ポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェンからなる。
【００５７】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のポリマーマトリックスは、１以上の半導体ポリマーからなる。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体からなることも可能である。いくつかの実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）からなる。
【００５８】
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約１ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約１０ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。
【００５９】
いくつかの実施形態において、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、約１μｍ〜約１００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。いくつかの実施形態において、ｎ型層の長さは、隣接するｐ型層と同一又はほぼ同一の長さである。
【００６０】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−１０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−１５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約−２０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約−３０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約−５μＶ／Ｋ〜約−３５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約−１０μＶ／Ｋ〜約−３０μＶ／Ｋである。
【００６１】
いくつかの実施形態において、ｎ型層のゼーベック係数は、ｎドープカーボンナノパーティクルの同定情報と充填量に応じて変えることができる。いくつかの実施形態において、例えば、ｎ型層のゼーベック係数は、ｎ型層のカーボンナノチューブ充填量に反比例する。
【００６２】
本願の熱電装置のいくつかの実施形態において、ｐドープ及びｎドープのカーボンナノチューブを含むカーボンナノパーティクルは、１以上の無機半導体ナノパーティクルで置換することができる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルは、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料、ＩＩＩ／Ｖ族材料、あるいは、これらの組み合わせからなる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルは、量子ドット及び／又はナノワイヤからなる。いくつかの実施形態において、無機半導体ナノパーティクルには、本願のｐ層及びｎ層のそれぞれに使用するｐドーパント又はｎドーパントが設けられる。
【００６３】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、少なくとも１層のｐ型層と少なくとも１層のｎ型層との間に配置された絶縁層を備える。いくつかの実施形態において、絶縁層は電気絶縁性を有している。いくつかの実施形態において、絶縁層は電気絶縁性及び熱是絶縁性を有している。いくつかの実施形態において、熱電装置は、複数のｐ型層とｎ型層との間に配置された複数の絶縁層を備える。いくつかの実施形態において、絶縁層により、本願の熱電装置のｐ型層とｎ型層との積層構成配置が可能になる。
【００６４】
いくつかの実施形態において、絶縁層は１以上のポリマー材料からなる。本発明の目的と矛盾しないポリマー材料であれば、いずれも絶縁層の生成に使用することができる。いくつかの実施形態において、絶縁層は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいは、これらの混合物又は共重合体からなる。いくつかの実施形態において、絶縁層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、又は、これらの混合物又は共重合体等のポリオレフィンからなるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、絶縁層はＰＶＤＦからなる。
【００６５】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない所望の厚さであれば、いずれの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５０ｎｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約７５ｎｍ、又は、少なくとも約１００ｎｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５００ｎｍ、又は、少なくとも約１μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、少なくとも約５μｍ、又は、少なくとも約１５μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約５ｎｍ〜約５０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約５０ｎｍ〜約３０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の厚さは、約１００ｎｍ〜約２０μｍである。
【００６６】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない所望の長さであれば、いずれの長さを有してもよい。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、絶縁層が挟まれるｐ型層及びｎ型層の長さとほぼ一致する。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１μｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１００μｍ、又は、少なくとも約５００μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、少なくとも約１ｍｍ、又は、少なくとも約１０μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、約１μｍ〜約１００μｍである。いくつかの実施形態において、絶縁層の長さは、約１０μｍ〜約５００ｍｍである。
【００６７】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置は、複数のｐ型層と複数のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、本発明の目的に矛盾しない数であれば、いずれの数のｐ型層及びｎ型層を備えてもよい。いくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは交互に配置され、積層構成となり、絶縁層により隔離される。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも３層のｐ型層と少なくとも３層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも５層のｐ型層と少なくとも５層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１０層のｐ型層と少なくとも１０層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１５層のｐ型層と少なくとも１５層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１００層のｐ型層と少なくとも１００層のｎ型層とを備える。いくつかの実施形態において、熱電装置は、少なくとも１０００層のｐ型層と少なくとも１０００層のｎ型層とを備える。
【００６８】
いくつかの実施形態において、１層以上のｐ型層と１層以上のｎ型層を備える本願の熱電装置はファブリック状である。いくつかの実施形態において、ファブリックは可撓性があることから、様々な表面形状及び／又は形態を有する種々の基板に熱電装置を適用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、熱電装置は、曲面基板及び／又は非平面基板に適用される。
【００６９】
いくつかの実施形態において、本願の構成を有する熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約２５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約３０μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約５０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約７５μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約１００μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約１５０μＶ／Ｋ、又は、少なくとも約１７５μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて少なくとも約２００μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置ゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約２５μＶ／Ｋ〜約２５０μＶ／Ｋである。いくつかの実施形態において、上述の熱電装置のゼーベック係数は、２９０°Ｋの温度にて約５０μＶ／Ｋ〜約１５０μＶ／Ｋである。
【００７０】
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は少なくとも０．５である。
いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、少なくとも０．７又は少なくとも０．８である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、少なくとも１又は少なくとも１．５である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は、約０．５〜約２、又は、約０．８〜約１．５である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は約１〜約１．３である。いくつかの実施形態において、本願の熱電装置のＺＴ値は約１〜１０である。
【００７１】
他の側面において、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを備える光熱装置について説明する。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、複数のｎ型層に結合されて複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備える。
【００７２】
図４は、本願の一実施形態に係る光熱装置を示す。図４に示す光熱装置（４００）は、熱電コンポーネント（４０２）に結合された光起電コンポーネント（４０１）を備える。熱電コンポーネントは、熱電装置について本願で説明する構成のいずれを有してもよい。
【００７３】
さらに、光起電コンポーネントは、放射線透過性の第１の電極（４０４）と、少なくとも１層の感光層（４０５）と、励起子阻止層（４０６）と、第２の放射線透過性の電極（４０７）とを備える。光熱装置のいくつかの実施形態において、熱電コンポーネントに隣接する光起電コンポーネントの電極は、放射線透過性がない。
【００７４】
いくつかの実施形態によれば、放射線透過性の第１の電極及び第２の電極は、放射線透過性の導電性酸化物からなる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、放射線透過性の導電性酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化ガリウムインジウムスズ（ＧＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウムスズ（ＺＩＴＯ）により構成することができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、ポリアナリン（ＰＡＮＩ）やその化学的関連物質等の放射線透過性ポリマー材料により構成することができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極はＺｎＯ：Ａｌからなる。
【００７６】
いくつかの実施形態において、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）が、第１及び／又は第２の電極のための好適な放射線透過性ポリマー材料となりうる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、少なくとも部分的に可視電磁放射線を透過させることが可能な厚さのカーボンナノチューブ層を有してもよい。
【００７７】
一実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、ナノパーティクルフェーズをポリマーフェーズに分散させた複合材料により構成することができる。一実施形態において、ナノパーティクルフェーズは、カーボンナノチューブ、フラーレン、又は、これらの混合物により構成されてもよい。さらに他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極は、少なくとも部分的に可視電磁放射線を透過させることが可能な厚さの金属層を有してもよい。いくつかの実施形態において、金属層は元素的純金属又は合金により構成することができる。放射線透過性の第１の電極として使用するのに好適な金属は、仕事関数が高い金属である。
【００７８】
いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１０ｎｍ〜約１μｍとすることができる。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１００ｎｍ〜約９００ｎｍとすることができる。また、他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約２００ｎｍ〜約８００ｎｍとすることができる。さらに他の実施形態において、放射線透過性の第１及び／又は第２の電極の厚さは、約１μｍより厚くすることができる。
【００７９】
いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、それぞれ独立して構成される。いくつかの実施形態において、放射線透過性の第１及び第２の電極は、互いに関連して構成される。
【００８０】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの少なくとも１層の感光層は、有機組成を有する。いくつかの実施形態において、感光有機層の厚さは、約３０ｎｍ〜約１μｍである。他の実施形態において、感光有機層の厚さは、約８０ｎｍ〜約８００ｎｍである。さらに他の実施形態において、感光有機層の厚さは、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍである。
【００８１】
本願の実施形態によれば、感光有機層は、電磁放射線を吸収して励起子を生成し、その励起子が電子とホールに分離する、少なくとも１つの感光性領域を備える。いくつかの実施形態において、感光性領域はポリマーにより構成することができる。一実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用するのに好適なポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）、ポリチオフェン（ＰＴｈ）を含むチオフェン等の共役ポリマーにより構成することができる。
【００８２】
いくつかの実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用するのに好適なポリマーは、半導体ポリマーとすることができる。一実施形態において、半導体ポリマーは、ポリ（フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、それらの誘導体等、フェニレンビニレンを含む。他の実施形態において、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ポリナフタレン、それらの誘導体とすることも可能である。さらに他の実施形態において、感光有機層の感光性領域として使用する半導体ポリマーは、ポリ（２−ビニルピリジン）（Ｐ２ＶＰ）、ポリアミド、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＣＺ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡｎ）により構成することができる。
【００８３】
いくつかの実施形態によれば、感光性領域は、小分子により構成することができる。一実施形態において、感光有機層の感光性領域に使用するのに好適な小分子は、クマリン６、クマリン３０、クマリン１０２、クマリン１１０、クマリン１５３、クマリン４８０Ｄとすることができる。他の実施形態において、小分子は、メロシアニン５４０とすることができる。さらに他の実施形態において、小分子は、９，１０−ジヒドロベンゾ［ａ］ピレン−７（８Ｈ）−オン、７−メチルベンゾ［ａ］ピレン、ピレン、ベンゾ［ｅ］ピレン、３，４−ジヒドロキシ−３−シクロブテン−１，２−ジオン、１，３−ビス［４−（ジメチルアミノ）フェニル−２，４−ジヒドロキシシクロブテンジイリウムジヒドロオキサイドとすることができる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、励起子の分離は、隣接するドナー材料とアクセプター材料との間に形成される有機層中のヘテロ接合において促進される。本願のいくつかの実施形態において、有機層は、ドナー材料とアクセプター材料との間に形成される少なくとも１つのバルクヘテロ接合を備える。他の実施形態において、有機層は、ドナー材料とアクセプター材料との間に形成される複数のバルクヘテロ接合を備える。
【００８５】
有機材料に関して、ドナー及びアクセプターという用語は、接触する２つの異なる材料の最高被占軌道（ＨＯＭＯ）及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルの相対位置を示す。これは、無機材料についての同じ用語の使用法とは異なり、無機材料の場合、ドナー及びアクセプターは、無機ｎ型層及びｐ型層をそれぞれ生成するのに使用されうるドーパントの種類を示す。有機材料の場合、他の材料と接触している一材料のＬＵＭＯエネルギーレベルの方が低ければ、その一材料はアクセプターである。そうでなければ、その材料はドナーである。外部バイアスがない場合、ドナーとアクセプターとの接合における電子がアクセプター材料に移動し、ホールがドナー材料に移動することが、エネルギー的に好ましい。
【００８６】
本願のいくつかの実施形態によれば、感光有機層の感光性領域はポリマー複合材料からなる。一実施形態において、ポリマー複合材料は、ポリマーフェーズに分散されたナノパーティクルフェーズである。感光性領域のポリマーフェーズを生成するのに好適なポリマーは、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチエフェン）（Ｐ３ＯＴ）を含むチオフェン等の共役ポリマーとすることができる。
【００８７】
いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料のポリマーフェーズに分散されたナノパーティクルフェーズは、少なくとも１つのカーボンナノパーティクルを有する。カーボンナノパーティクルは、フラーレン、カーボンナノチューブ、又は、それらの混合物からなる。一実施形態において、ナノパーティクルフェーズに使用するのに好適なフラーレンは、１−（３−メトキシカルボニル）プロピル−１−フェニル（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）とすることができる。いくつかの実施形態において、ナノパーティクルフェーズに使用するカーボンナノチューブは、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、又は、それらの混合物とすることができる。
【００８８】
本願のいくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノパーティクルの比率は、約１：１０〜約１：０．１である。いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノパーティクルの比率は、約１：４〜約１：０．４である。いくつかの実施形態において、ポリマー複合材料におけるポリマーとナノパーティクルの比率は、約１：２〜約１：０．６である。例えば、一実施形態において、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）とＰＣＢＭの比率は、約１：１〜約１：０．４である。
【００８９】
さらに他の実施形態において、ポリマーフェーズに分散されたナノパーティクルフェーズは、少なくとも１つのナノウィスカーからなる。ここで言うナノウィスカーとは、複数のカーボンナノパーティクルから形成される結晶性カーボンナノパーティクルのことである。いくつかの実施形態において、ナノウィスカーは、ポリマー複合材料からなる感光有機層をアニール処理することにより生成することができる。いくつかの実施形態によれば、ナノウィスカーの形成が可能なカーボンナノパーティクルは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレンにより構成することができる。一実施形態において、ナノウィスカーは結晶性ＰＣＢＭからなる。いくつかの実施形態において、感光有機層のアニール処理により、ポリマーフェーズにおけるナノパーティクルフェーズの分散がさらに大きくなる。
【００９０】
ポリマーフェーズとナノパーティクルフェーズとを有する感光性領域の実施形態において、ポリマーフェーズはドナー材料として機能し、ナノパーティクルフェーズはアクセプター材料として機能することにより、励起子をホールと電子に分離するためのヘテロ接合を形成する。ナノパーティクルをポリマーフェーズ全体に分散させる実施形態において、有機層の感光性領域は複数のバルクヘテロ接合を有する。いくつかの実施形態において、感光有機層の感光性領域におけるドナー材料は、ポルフィリン、フタロシアニン、それらの誘導体を含む有機金属化合物とすることができる。さらに他の実施形態において、感光有機層の感光性領域におけるアクセプター材料は、ペリレン、ナフタレン、それらの混合物とすることができる。
【００９１】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの少なくとも１層の感光層は、無機組成を有する。いくつかの実施形態において、本願の感光無機層は種々の組成を有することができる。いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントの感光無機層は、ＩＶ族半導体材料、ＩＩ／ＶＩ族半導体材料（ＣｄＴｅ等）、ＩＩＩ／Ｖ族半導体材料、あるいは、それらの組み合わせ又は混合物からなる無機組成を有する。いくつかの実施形態において、感光無機層は、ＩＶ族、ＩＩ／ＶＩ族、又は、ＩＩＩ／Ｖ族の二元、三元、四元系からなる。いくつかの実施形態において、感光無機層は、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）等のＩ／ＩＩＩ／ＶＩ材料からなる。いくつかの実施形態において、感光無機層は多結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。いくつかの実施形態において、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又は、プロト結晶シリコンからなる。いくつかの実施形態において、感光無機層は、多結晶硫化銅亜鉛スズ（ＣＺＴＳ）からなる。いくつかの実施形態において、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又は、プロト結晶ＣＺＴＳからなる。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはＣｕ２ＺｎＳｎＳ４からなる。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはさらにセレン（Ｓｅ）を有する。いくつかの実施形態において、ＣＺＴＳはさらにガリウム（Ｇａ）を有する。
【００９２】
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントの感光無機層は、アモルファス材料からなる。いくつかの実施形態において、少なくとも１層の感光無機層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、パッシベーション処理が施されていないか、ほとんど施されていない。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンには、水素によるパッシベーション処理が行われる（ａ−Ｓｉ：Ｈ）。いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、ハロゲンによるパッシベーション処理が行われないか、ハロゲン以外でのパッシベーション処理が行われる。例えば、いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンは、Ｓｉ：Ｆを全く含まないか、ほとんど全く含まない。あるいは、いくつかの実施形態において、感光無機層のアモルファスシリコンには、フッ素パッシベーション処理が行われる（ａ−Ｓｉ：Ｆ）。
【００９３】
いくつかの実施形態において、ドープにより本願の感光無機層に１以上のヘテロ接合を形成することができる。例えば、いくつかの実施形態において、感光無機層のうちのある領域にｐドーパントでドープを行い、その感光無機層の別の領域にｎドーパントでドープを行い、ヘテロ接合を形成する。いくつかの実施形態において、感光無機層の材料が本質的にｐ型である場合、感光無機層のある領域にｎドーパントでドープを行って、ヘテロ接合を形成することができる。感光無機層の材料が本質的にｎ型である場合のいくつかの実施形態において、感光無機層のある領域にｐドーパントでドープを行って、ヘテロ接合を形成することができる。
【００９４】
いくつかの実施形態において、本願のドープを行うのに好適な感光無機層の無機材料は、いずれも、感光層において１以上のヘテロ接合を形成するようにドープが行われる。例えば、いくつかの実施形態において、水素パッシベーション処理が施されたアモルファスシリコンに、ｐ型及び／又はｎ型のドーパントでドープを行い、１以上のヘテロ接合を形成する。さらに、いくつかの実施形態において、上述の感光無機層のＩＶ族、ＩＩＩ／Ｖ族、及び／又は、ＩＩ／ＶＩ族の半導体材料に、ｐ型及び／又はｎ型のドーパントでドープを行い、１以上のヘテロ接合を形成することができる。
【００９５】
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントは、ｎ型領域と、真性領域と、ｐ型領域とを有する少なくとも１層の感光無機層を備える。いくつかの実施形態において、ｎ型領域はｎドープ無機半導体からなる。いくつかの実施形態において、ｐ型領域はｐドープ無機半導体からなる。いくつかの実施形態において、真性領域はドープされていない無機半導体からなる。
【００９６】
いくつかの実施形態において、本願の光起電コンポーネントは多接合構成を有する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは複数の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントが２層の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有することにより、二重接合デバイスを構成する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントが３層の感光無機層を有し、各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有することにより、三重接合デバイスを構成する。各層がｎ型領域と真性領域とｐ型領域とを有する複数の感光無機層を備えるいくつかの実施形態において、複数の無機層が互いに隣接し、無機層間に１以上のヘテロ接合が形成されるようにする。例えば、いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、第１のｎ型領域と第１の真性領域と第１のｐ型領域とを有する第１の感光無機層と、第２のｎ型領域と第２の真性領域と第２のｐ型領域とを有する第２の感光無機層とを備え、第１のｐ型領域が第２のｎ型領域に隣接するか、第１のｎ型領域が第２のｐ型領域に隣接する。いくつかの実施形態において、本願の光電装置は単一接合デバイスからなる。当該分野の技術者には既知のことであるが、いくつかの実施形態において、本願の多接合デバイスの構成において第１、第２及び／又は第３の感光無機層の間にトンネル接合を配置することができる。
【００９７】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、複数の感光有機層を備える。
【００９８】
光起電コンポーネントに複数の感光層が存在する場合のいくつかの実施形態において、これら感光層の吸収プロファイルは重複しないか、ほとんど重複しない。光起電コンポーネントに複数の感光層が存在する場合のいくつかの実施形態において、感光層の吸収プロファイルは少なくとも部分的に重複する。いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントに複数の感光層を用いて、太陽光スペクトルのうちの１以上の領域を捉えることができる。
【００９９】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントの励起子阻止層（ＥＢＬ）は、解離界面付近の領域に光生成された励起子を閉じ込め、感光層と電子との界面での寄生励起子のクエンチングを防ぐように作用することができる。また、ＥＢＬは、励起子の拡散経路を制限するだけでなく、電極形成の際に導入される物質への拡散バリアとしても作用することができる。いくつかの実施形態において、ＥＢＬは、光起電装置を動作不能にしてしまうおそれのあるピンホールや短絡の欠陥を埋めるのに十分な厚さを有することができる。
【０１００】
本願のいくつかの実施形態において、ＥＢＬはポリマー複合材料により構成することができる。一実施形態において、ＥＢＬは、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）に分散されたカーボンナノパーティクルからなる。他の実施形態において、ＥＢＬは、ポリ（塩化ビニリデン）及びその共重合体に分散されたカーボンナノパーティクルからなる。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳやポリ（塩化ビニリデン）を含むポリマーフェーズに分散されたカーボンナノパーティクルは、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、フラーレン、又は、それらの混合物により構成することができる。さらに他の実施形態において、ＥＢＬは、電子の通過を阻止するとともにホールの移動を可能にするような仕事関数エネルギーを有するポリマーであれば、いずれのものでもよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、ＥＢＬは、感光性組立体における放射線透過性の第１の電極と有機感光層とのあいだに配置されてもよい。例えば、光電装置が複数の感光有機層を備える場合のいくつかの実施形態において、ＥＢＬを感光有機層間に配置することができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、１以上のアップコンバータ及び／又はダウンコンバータを備える。当該分野の技術者が理解しているように、アップコンバータは、材料に吸収される電磁放射線のエネルギーよりも大きいエネルギーの電磁放射を行って、励起状態を生成することが可能な材料である。いくつかの実施形態で使用するのに好適なアップコンバータは、赤外線を吸収するとともに、上述の光起電コンポーネントの感光有機層により吸収可能な波長の可視光線を放出する。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、アップコンバータは、少なくとも１つのランタナイド系元素からなる材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、アップコンバータの材料は、少なくとも１つのランタナイド系元素からなるナノパーティクルにより構成することができる。上述のいくつかの実施形態によるアップコンバータの材料として使用するのに好適なランタナイド系元素は、エルビウム、イッテルビウム、ホルミウム、又は、それらの混合物からなる。いくつかの実施形態において、アップコンバータの材料は、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又は、それらの混合物のイオンをドープした金属酸化物及び金属硫化物からなる。他の実施形態において、光ファイバに直接、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又は、それらの混合物のイオンをドープしてもよい。
【０１０４】
他の実施形態において、アップコンバータの材料は、有機化学種により構成することができる。有機アップコンバータ材料は、Ｈ２Ｃ６Ｎや４−ジアルキルアミノ−１，８−ナフタルイミドのほか、１，８−ナフタルイミド誘導体や、多分岐ナフタルイミド誘導体ＴＰＡ−ＮＡ１、ＴＰＡ−ＮＡ２、ＴＰＡ−ＮＡ３等の化合物であってもよい。また、有機アップコンバータ材料は、４−（ジメチルアミノ）シナモニトリル（シス及びトランス）、トランス−４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］−１−メチルピリジニウムヨウ化物、４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］ピリジン、４−（ジエチルアミノ）ベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン、トランス−４−［４−（ジメチルアミノ）スチリル］−１−ｐ−トルエンスルホン酸メチルピリジニウム、２−［エチル［４−［２−（４−ニトロフェニル）エテニル］フェニル］アミノ］エタノール、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、ディスパースオレンジ２５、ディスパースオレンジ３、ディスパースレッド１であってもよい。
【０１０５】
さらに他の実施形態において、アップコンバータの材料は、量子ドットにより構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、量子ドットは、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩＩ／Ｖ及びＩＩ／ＶＩ半導体材料とすることができる。また、アップコンバータの材料は、量子ドットのコアシェル構造により構成することもできる。
【０１０６】
上述の材料のほか、いくつかの実施形態において、クロム等の遷移金属からなるアップコンバータ材料も考えられる。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、光起電コンポーネントは、米国特許出願番号１２／２９８，９４２及び１２／２９８，９３６に記載されるものと一致する構成を有する。これらの文献はすべて、本願で参照することより援用する。
【０１０８】
再び図４を参照して、光熱装置（４００）は、さらに、光起電コンポーネント（４０１）と熱電コンポーネント（４０２）との間に配置されたストークスシフト層（４０３）を備える。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣接面に伝達する熱エネルギーを生成することが可能な１以上のストークスシフト化学種を有する。いくつかの実施形態において、ストークスシフト化学種は、光起電コンポーネント（４０１）を通過した電磁放射線を吸収する。さらに、いくつかの実施形態において、１以上のストークスシフト化学種により放出される放射線は、光起電コンポーネント（４０１）により吸収される。
【０１０９】
本発明の目的と矛盾しないストークスシフト材料であれば、いずれもストークスシフト層への組み込みに使用することができる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、吸収及び放出プロファイルに応じて選択される。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料の吸収プロファイルは、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと重複しない。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料の吸収プロファイルは、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと少なくとも部分的に重複する。また、いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、光起電コンポーネントの感光層の吸収プロファイルと少なくとも部分的に重複する放出プロファイルを有する。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、電磁スペクトルの近紫外線領域の放射線を吸収することが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの波長の放射線を吸収する。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は染料からなる。本発明の目的と矛盾しない染料であれば、いずれも使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、染料としては、クマリン、クマリン誘導体、ピレン、ピレン誘導体のうちの１以上からなる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は、紫外線光励起可能な蛍光物質からなる。いくつかの実施形態で使用するのに好適な染料の非限定的な例として、メトキシクマリン、ダンシル染料、ピレン、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ３５０、アミノメチルクマリンアセテート（ＡＭＣＡ）、マリーナブルー染料、ダポキシル染料、ジアルキルアミノクマリン、Ｂｉｍａｎｅ染料、ヒドロキシクマリン、カスケードブルー染料、パシフィックオレンジ染料、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４０５、カスケードイエロー染料、パシフィックブルー染料、ＰｙＭＰＯ、ＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ４３０がある。
【０１１２】
いくつかの実施形態において、ストークスシフト材料は蛍光体からなる、本発明の目的と矛盾しない蛍光体であれば、いずれを使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、蛍光体は、ハロリン酸塩蛍光体と三リン酸のうちの１以上からなる。いくつかの実施形態で使用するのに好適な蛍光体の非限定的な例として、Ｃａ５（ＰＯ４）３（Ｆ，Ｃｌ）：Ｓｂ３＋、Ｍｎ２＋；Ｅｕ：Ｙ２Ｏ３；、Ｔｂ３＋，Ｃｅ３＋：ＬａＰＯ４がある。いくつかの実施形態において、蛍光体は蛍光体粒子からなる。いくつかの実施形態において、蛍光体粒子は流体中に懸濁させることができる。
【０１１３】
他の側面において、熱電装置の製造方法を説明する。いくつかの実施形態において、熱電装置の製造方法は、複数のカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｐ型層を設け、複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する少なくとも１層のｎ型層を設け、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置し、ｐ型層とｎ型層とを結合してｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、複数のｐ型層及びｎ型層を設け、互いに結合して、複数のｐｎ接合を形成する。いくつかの実施形態において、（複数の）ｐ型層と（複数の）ｎ型層との間に（複数の）絶縁層を配置する。さらに、熱電装置の製造方法のいくつかの実施形態において、ｐ型層とｎ型層とは積層構成である。いくつかの実施形態において、金属接触部によりｐ層とｎ層とを結合して、ｐｎ接合を形成する。例えば、いくつかの実施形態において、金属接触部より１層のｐ層を１層のｎ層に結合して、熱電装置のｐｎ接合を形成する。
【０１１４】
他の側面において、光熱装置の製造方法について説明する。いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、光起電コンポーネントを設け、熱電コンポーネントを設け、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとを結合する。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントは、上述のように、複数のｎ型層に結合された複数のｐｎ接合を形成する複数のｐ型層を備える。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、光熱装置の製造方法は、さらに、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を配置する。
【０１１６】
他の側面において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法について説明する。いくつかの実施形態において、電磁エネルギーの電気エネルギーへの変換方法は、光起電コンポーネントと、光起電コンポーネントに結合された熱電コンポーネントとを備える装置を設ける。熱電コンポーネントは、少なくとも１層のｎ型層に結合されてｐｎ接合を形成する少なくとも１層のｐ型層と、少なくとも部分的にｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層は複数のカーボンナノパーティクルを有し、ｎ型層は複数のｎドープカーボンナノパーティクルを有する。また、変換方法は、光起電コンポーネントにより電磁放射線を吸収して光電流を生成し、熱電コンポーネントの一面を加熱して熱電コンポーネント全体に電圧を誘導する。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントで発生した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。また、いくつかの実施形態において、熱電コンポーネントの一面を加熱する工程では、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間にストークスシフト層を設け、電磁放射線をストークスシフト層により吸収して熱及び電磁放射線を生成し、生成した熱を熱電コンポーネントの一面に移動させる。いくつかの実施形態において、ストークスシフト層により生成した電磁放射線を光起電コンポーネントに伝達して、光電流の生成を行う。
【０１１８】
これらの実施形態及び他の実施形態について、以下の非限定的な実施例によりさらに説明する。
【実施例１】
【０１１９】
（熱電装置）
３５ｍｇの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を設け、それに１７．５ｍｌのジメチルアクリルアミド（ＤＭＡ）を添加して、第１のｐ型層を形成した。得られた混合物に高エネルギー超音波処理を１時間行った。そして、全固形分で混合物の２０重量パーセントをＳＷＮＴにする量のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、混合物に添加した。得られたＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物に高エネルギー超音波処理を１時間行った。
【０１２０】
７５ｍｍ×４５ｍｍの寸法のスライドガラスをメタノールでクリーニングし、９０℃のホットプレート上に配置した。ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物をスライドガラス上に均等に注ぎ、ＤＭＡを蒸発させた。乾燥後のＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜をオーブンに入れ、１００℃で１２時間、アニール処理を行った。その後、スライドガラスをオーブンから取り出し、ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜にメタノールを注いだ。スライドガラスからＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ膜を慎重に取り外し、脱イオン水で洗浄し、乾燥させた。
【０１２１】
上述の手順で第２のｐ型層を形成した。さらに、上述の手順でｎ型層を形成した。ここで、ｎドープカーボンナノチューブがＤＭＡ及びＰＶＤＦと組み合わさる点が上述と異なる。
【０１２２】
以下の手順で２層の絶縁層を形成した。ＤＭＡ０．０２５ｍｌに対してポリプロピレンパウダー１ｍｇの割合で、６００ｍｇのポリプロピレン（ＰＰ）をＤＭＡに添加した。ＰＰパウダーがＤＭＡに溶解するまで、得られた混合物に超音波処理を行った。７５ｍｍ×４５ｍｍの寸法のスライドガラスをメタノールでクリーニングし、９０℃のホットプレート上に配置した。ＰＰ／ＤＭＡ混合物をスライドガラス上に均等に注ぎ、ＤＭＡを蒸発させた。得られたＰＰ膜にメタノールを注ぎ、スライドガラスからＰＰ膜を慎重に取り外した。
【０１２３】
その後、２層のｐ型層と、ｎ型層と、２層の絶縁層とを結合して、図５に示すような熱電装置を形成した。得られた熱電装置は、装置の種々の構成部分を例示するために図５では広げた状態である。
【０１２４】
以上、本発明の種々の目的を達成するように、本発明の種々の実施形態について説明した。これらの実施形態は、本発明の原理を例示するものにすぎない。本発明の主旨を逸脱することなく多くの変更や適応が行えることは、当該分野の技術者にとって容易に明らかであろう。
【図１】
2013546175.tif 000003
【図２】
2013546175.tif 000004
【図３】
2013546175.tif 000005
【図４】
2013546175.tif 000006
【図５】
2013546175.tif 000007
【国際調査報告】
2013546175.tif 000008
2013546175.tif 000009
2013546175.tif 000010
2013546175.tif 000011
2013546175.tif 000012