(57)【要約】１つの態様において、熱電装置及び物品並びに熱電装置及び物品の様々な応用が本明細書に記載される。本明細書に記載のｐｎ接合は、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーを含むポリマーマトリクスに配置される。一部の実施形態では、熱電物品は、断熱サポートと、断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、
前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層と
を備え、前記ｐ型層は第１のポリマーマトリクスに配置されるカーボンナノ粒子を含み、前記ｎ型層は第２のポリマーマトリクスに配置されるｎドープしたカーボンナノ粒子を含み、前記第１のポリマーマトリクス、前記第２のポリマーマトリクス及び絶縁層の少なくとも１つが電気的に分極したポリマーを含む、熱電装置。
【請求項２】
前記電気的に分極したポリマーは、複数の非ランダムに配向された電気双極子又は電気双極子領域を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項３】
前記電気的に分極したポリマーは、電気双極子場、圧電特性、焦電特性又はこれらの組み合わせを示す、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項４】
前記電気双極子場は、前記装置における電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される、請求項３に記載の熱電装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、電気的に分極した圧電性粒子を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項６】
前記圧電性粒子は、無機粒子を含む、請求項５に記載の熱電装置。
【請求項７】
前記無機粒子は、チタン酸バリウム、テルル化ビスマス又はこれらの混合物を含む、請求項６に記載の熱電装置。
【請求項８】
前記圧電性粒子は、ポリマーマトリクスに分散される、請求項５に記載の熱電装置。
【請求項９】
前記ポリマーマトリクスは、電気的に分極されない、請求項８に記載の熱電装置。
【請求項１０】
前記ｐ型層、前記ｎ型層又は両方が、焦電場を示す、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１１】
前記焦電場は、前記装置における電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される、請求項１０に記載の熱電装置。
【請求項１２】
前記電気的に分極したポリマーは、半結晶ポリマーを含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１３】
前記電気的に分極したポリマーは、フッ素重合体を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１４】
前記フッ素重合体は、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン、又はこれらの混合物を含む、請求項１３に記載の熱電装置。
【請求項１５】
前記フッ素重合体は、１．５−２．５のβ／α相率を示す、請求項１４に記載の熱電装置。
【請求項１６】
前記ｐ型層のナノ粒子は５−９５重量パーセントの量で前記第１のポリマーマトリクスに存在し、前記ｎ型層のナノ粒子は５−９５重量パーセントの量で前記第２のポリマーマトリクスに存在する、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１７】
前記ｐｎ接合は、界面遷移領域を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項１８】
前記界面遷移領域は、前記ｐ型層のカーボンナノ粒子及び前記ｎ型層のカーボンナノ粒子の異種混合物を含む、請求項１７に記載の熱電装置。
【請求項１９】
複数のｐｎ接合を提供する複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層と、前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備える、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２０】
前記ｐ型層のカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２１】
前記ｐ型層のカーボンナノ粒子は、ホウ素を含む、請求項２０に記載の熱電装置。
【請求項２２】
前記ホウ素は、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの範囲の量で前記カーボンナノ粒子に存在する、請求項２１に記載の熱電装置。
【請求項２３】
前記ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、フラーレン又はこれらの混合物を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２４】
前記ｎドープしたカーボンナノ粒子は、窒素を含む、請求項２３に記載の熱電装置。
【請求項２５】
前記窒素は、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの範囲の量で前記カーボンナノ粒子に存在する、請求項２４に記載の熱電装置。
【請求項２６】
前記絶縁層は、電気的に絶縁したポリマー材料を含む、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２７】
前記電気的に絶縁したポリマー材料は、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体から成るグループから選択される、請求項２６に記載の熱電装置。
【請求項２８】
前記ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープした無機ナノ粒子で置換され、前記ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子はｎドープした無機ナノ粒子で置換される、請求項１に記載の熱電装置。
【請求項２９】
少なくとも０．５のＺＴを有する、請求項１５に記載の熱電装置。
【請求項３０】
第１のポリマーマトリクスに配置されるカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｐ型層を提供するステップと、
第２のポリマーマトリクスに配置されるｎドープしたカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｎ型層を提供するステップと、
前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に絶縁層を配置するステップと、
ｐｎ接合を提供するために前記ｐ型層及び前記ｎ型層を結合するステップと
を含み、前記第１のポリマーマトリクス、第２のポリマーマトリクス及び絶縁層の少なくとも１つが電気的に分極される、熱電装置を作成する方法。
【請求項３１】
前記絶縁層は、電気的に分極した圧電性粒子を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記圧電性粒子は、無機粒子を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記無機粒子は、チタン酸バリウム、テルル化ビスマス又はこれらの混合物を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記圧電性粒子は、ポリマーマトリクスに分散される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ポリマーマトリクスは、電気的に分極されない、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
断熱サポートと、
前記断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために前記断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールと
を含む、物品。
【請求項３７】
前記熱電モジュールの前記構造は連続的である、請求項３６に記載の物品。
【請求項３８】
連続的な前記構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含み、絶縁層が前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に部分的に配置される、請求項３７に記載の物品。
【請求項３９】
前記熱電モジュールの前記面におけるｐ型層及びｎ型層は、前記断熱サポートの前記対向する側に実質的に平行である、請求項３８に記載の物品。
【請求項４０】
前記断熱サポートは、織物の１つ以上の繊維である、請求項３６に記載の物品。
【請求項４１】
前記断熱サポートの周り又はその中を通る前記熱電モジュール構造の一部が、少なくとも１つの前記熱電モジュールの面に実質的に垂直である、請求項３６に記載の物品。
【請求項４２】
連続的な前記構造は、導電性である、請求項３７に記載の物品。
【請求項４３】
前記熱電モジュールは、電気的に並列に接続される、請求項３６に記載の物品。
【請求項４４】
１つ以上の繊維と、
前記繊維の対向する側において熱電モジュールの面を提供するために前記繊維の周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールと
を含む、織物。
【請求項４５】
前記熱電モジュールの構造は連続的である、請求項４４に記載の織物。
【請求項４６】
連続的な前記構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含み、絶縁層が前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に部分的に配置される、請求項４５に記載の織物。
【請求項４７】
前記熱電モジュールの前記面におけるｐ型層及びｎ型層は、前記繊維の前記対向する側に実質的に平行である、請求項４６に記載の織物。
【請求項４８】
断熱サポートを提供するステップと、
前記断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために前記断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップと
を含む、物品を作成する方法。
【請求項４９】
前記熱電モジュールの前記構造は連続的である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
連続的な前記構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含み、絶縁層が前記ｐ型層及び前記ｎ型層の間に部分的に配置される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記熱電モジュールの前記面におけるｐ型層及びｎ型層は、前記断熱サポートの前記対向する側に実質的に平行である、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記断熱サポートは、織物の１つ以上の繊維である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップは、少なくとも１つの前記熱電モジュールの面に実質的に垂直に前記構造の一部を提供することを更に含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
連続的な前記構造は、導電性である、請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記熱電モジュールを電気的に並列に接続するステップを更に含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
断熱サポートと、前記断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために前記断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを備える物品を提供するステップと、
電圧を発生させるために前記熱電モジュールに沿って温度勾配を誘導するステップと
を含む、電気エネルギを生成する方法。
【請求項５７】
前記熱電モジュールの圧電応答を介して電圧を発生させるために前記物品に１つ以上の機械的応力を受けさせるステップを更に含む、請求項５６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、物品及び織物に関する。
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１３年３月１４日に提出された米国仮特許出願第６１／７８３，７０９号及び２０１３年４月４日に提出された米国仮特許出願第６１／８０８，４７２号への米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく利益を主張し、これらは参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギは、電気の生成に広く用いられている。しかしながら、現在の方法による熱エネルギの電気エネルギへの変換効率は低く、約３０〜４０パーセントの範囲である。結果として、相当量の熱エネルギが、環境に流出して無駄になる。年間の世界的発電量について、電力の約１５テラワットが環境に失われていると推測される。
【０００３】
熱電材料は、更なる発電量のために熱を捕捉することができる。熱電効率は、性能指数（Ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｅｒｉｔ）、ＺＴにより定量化される。
【０００４】
より高いＺＴ値を示す熱電材料は、より高い熱電効率を有する。適正なＺＴ値を有する熱電材料の製作は、多くの場合、困難であり及び／又は高価である。例えば、ビスマスカルコゲニドは、０．７から１．０の範囲のＺＴ値で優れた熱電特性を提供する。こうした材料は、交互にＢｉ２Ｔｅ３及びＢｉ２Ｓｅ３層の超格子構造を生成するようにナノ構造化されて、許容できる導電性及び悪い熱伝導性を有する材料を生じ得る。それにもかかわらず、こうした材料の製作は、時間がかかると共に高価であり得る。
【０００５】
更に、製作要件及び他の材料公差の結果として、多くの熱電材料は、集熱及び発電のために様々な装置に容易に組み込むのに役立たない。
【発明の概要】
【０００６】
１つの態様では、熱電装置が本明細書に記載され、一部の実施形態において、熱電装置は、現在の熱電材料の１つ以上の不都合を克服又は軽減することができる。本明細書に記載のｐｎ接合は、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされ得る。ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーを含むポリマーマトリクスに配置され得る。更に、絶縁層は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粒子、テルル化ビスマス粒子（ＢｉＴｅ）、他の無機粒子又はそれらの混合物等の圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含み得る。
【０００７】
本明細書に記載の装置の電気的に分極したポリマー及び／又は圧電性粒子は、非ランダムに配向された電気双極子及び／又は電気双極子領域を含み得る。更に、電気的に分極したポリマー及び／又は粒子は、熱電装置における電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される電気双極子場を示すと共に、圧電／焦電特性も示し得る。本明細書に記載の電気的に分極した合成物の圧電及び／又は焦電特性は、このような合成物を組み込んだ熱電装置が、温度勾配への暴露から生ずる電気出力に加えて、機械的変形から生ずる電気出力も提供することを可能にする。
【０００８】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、複数のｐｎ接合を提供する複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、少なくとも１つのｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、少なくとも１つのｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。熱電コンポーネントのｐ型層、ｎ型層及び／又は絶縁層は、電気的に分極したポリマーを含み得る。更に、ｐ型層及びｎ型層は、その間に絶縁層を有する積層構成に配置され得る。
【０００９】
本明細書に更に記載されるように、ｐｎ接合が、ｐ型層及びｎ型層の界面において形成され得る。一部の実施形態では、ｎ型層と接触しているｐ型層によって形成されるｐｎ接合において、界面遷移領域が存在する。界面遷移領域は、ｎ型層のナノ粒子と混合したｐ型層のナノ粒子を含む。ｐ型及びｎ型層のナノ粒子の混合は、異種構造のｐｎ接合を提供することができる。代替的に、ｐｎ接合のｐ型層とｎ型層との間に金属中間層が配置され得る。更に、本明細書に記載の装置のｐｎ接合は、本明細書に記載の分極したポリマーマトリクスの圧電及び／又は焦電特性に関係付けられる電圧出力用の整流器として機能し得る。
【００１０】
本明細書に記載の熱電装置の一部の実施形態では、ｐドープ及びｎドープしたカーボンナノチューブを含むカーボンナノ粒子は、１つ以上の無機半導体ナノ粒子と置換され得る。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料又はＩＩＩ／Ｖ族材料若しくはこれらの結合を含む。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、量子ドット及び／又はナノワイヤを含む。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、本明細書に記載の任意のカーボンナノ粒子と一致する寸法を有する。
【００１１】
別の態様では、本明細書には光起電コンポーネント及び熱電コンポーネントを備える光熱装置が記載され、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーを含むポリマーマトリクスに配置される。更に、絶縁層は、圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含み得る。
【００１２】
更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、複数のｐｎ接合を提供する複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備える。本明細書に記載のように、ｐｎ接合は、ｎ型層のナノ粒子と混合したｐ型層のナノ粒子により形成される異種界面遷移領域を含み得る。更に、ｐｎ接合のｐ型層とｎ型層との間に金属中間層が配置され得る。
【００１３】
光熱装置は、光起電コンポーネントと熱電コンポーネントとの間に配置されるストークスシフト層を更に含み得る。ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣辺に伝達される熱エネルギを生成することができる１つ以上のストークスシフト化学種を含む。一部の実施形態では、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した電磁放射を吸収する。
【００１４】
更に、一部の実施形態では、１つ以上のストークスシフト化学種により放出される放射は、光起電コンポーネントにより吸収される。
【００１５】
別の態様では、熱電装置を作成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、熱電装置を作成する方法は、第１のポリマーマトリクスに配置されるカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｐ型層を提供するステップと、第２のポリマーマトリクスに配置されるｎドープしたカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｎ型層を提供するステップと、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置するステップと、ｐｎ接合を提供するためにｐ型層及びｎ型層を結合するステップとを含む。第１のポリマーマトリクス及び／又は第２のポリマーマトリクスは、第１及び／又は第２のポリマーマトリクスにおける双極子領域の少なくとも部分的なアラインメントを提供するために電気的に分極され得る。更に、絶縁層は、絶縁層における双極子領域の少なくとも部分的なアラインメントを提供するために電気的に分極され得る。絶縁層の双極子領域は、圧電特性を示すＢａＴｉＯ３粒子等の離散粒子及び／又はポリマー材料の結晶性又は半結晶性領域を含み得る。分極処理（Ｐｏｌｉｎｇ）は、ｐ型層及び／又はｎ型層の長さに沿って１つ以上の櫛形アレイを圧入すること及びアレイに分極処理電圧を印加することを含む。ｐｎ接合を提供するためにｐ型層及びｎ型層を結合することは、ｐ型及びｎ型層の界面において異種界面遷移領域を形成し得る。代替的に、接合場所においてｐ型層とｎ型層との間に金属中間層が配置され得る。
【００１６】
本明細書に記載の方法の一部の実施形態では、複数のｐ型及びｎ型層が提供され、互いに結合されて、複数のｐｎ接合の形態をもたらす。一部の実施形態では、ｐ型層及びｎ型層が積層構成になるように、ｐ型層とｎ型層の間に絶縁層が配置される。積層されたｐ型層、ｎ型層及び／又は絶縁層のポリマーは、電気的に分極したポリマー又は電気的に分極した圧電性粒子を含み得る。
【００１７】
別の態様では、熱電装置を作成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、光熱装置を作成する方法は、光起電コンポーネントを提供するステップと、熱電コンポーネントを提供するステップと、光起電コンポーネント及び熱電コンポーネントを結合するステップとを含み、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、本明細書に記載の複数のｐｎ接合を提供するために複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層を含む。
【００１８】
一部の実施形態では、光熱装置を作成する方法は、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配置するステップを更に含む。
【００１９】
別の態様では、電磁エネルギを電気エネルギに変換する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、電磁エネルギを電気エネルギに変換する方法は、光起電コンポーネント及び光起電コンポーネントに結合される熱電コンポーネントを含む装置を提供するステップを含み、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。電磁放射は、光起電コンポーネントが光電流を提供して、熱電コンポーネントの片側を加熱することにより吸収され、熱電コンポーネントを通して電圧を誘導する。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントの少なくとも１つのｐ型層のナノ粒子及び／又は少なくとも１つのｎ型層のナノ粒子が、電気的に分極したポリマーマトリクスに配置される。更に、熱電コンポーネントの（複数の）絶縁層は、電気的に分極したポリマー及び／又は電気的に分極した圧電性粒子を含み得る。
【００２０】
一部の実施形態では、熱電コンポーネントの片側を加熱することは、光起電コンポーネントで生成された熱を熱電コンポーネントの片側に伝達することを含む。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントの片側を加熱することは、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提供すること、熱及び電磁放射を生成するためにストークスシフト層で電磁放射を吸収すること、生成された熱を熱電コンポーネントの片側に伝達することを含む。一部の実施形態では、ストークスシフト層により生成された電磁放射は、光電流の生成用に光起電コンポーネントに伝達される。
【００２１】
更に別の態様では、熱電物品が本明細書に記載され、一部の実施形態において、この熱電物品は、現在の熱電物品の１つ以上の不都合を克服又は軽減することができる。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載の物品は、物品が平坦でない表面又は複雑な形態の表面に配置されることを含む場合に、熱エネルギを電気エネルギに効率的に変換するために使用され得る。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電物品は、衣服として使用され又は衣服に組み込まれ得る。また、本明細書に記載の物品は、携帯電話又はタブレット装置等の電子装置のためのカバーとしても使用され得る。更に、一部の実施形態では、本明細書に記載の物品は、共形的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）な又は実質的に共形的な方式で人間のユーザの皮膚又は電子装置の表面に配置され又は接触されてもよく、熱電物品が人体又は電子装置により生成された余分な熱から電気エネルギを生成することを可能にする。
【００２２】
一部の実施形態では、本明細書に記載の物品は、断熱サポートと、断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを備える。一部の実施形態では、熱電モジュールの構造は連続的である。連続構造は導電性であり得る。更に、連続構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含んでもよく、絶縁層はｐ型層及びｎ型層の間に部分的に配置される。更に、一部の実施形態では、熱電モジュールの面におけるｐ型層及びｎ型層は、断熱サポートの反対の側に実質的に平行である。更に、絶縁サポートの周り又はその中を通る熱電モジュール構造の一部は、熱電モジュールの少なくとも１つの面に実質的に垂直であり得る。
【００２３】
本明細書に記載の熱電モジュール構造のｐ型層はカーボンナノ粒子を含んでもく、一方で構造のｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。更に、ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされ得る。また、ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーのポリマーマトリクスに配置され得る。更に、本明細書に記載の熱電モジュール構造の絶縁層は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粒子、テルル化ビスマス粒子（ＢｉＴｅ）、他の無機粒子又はそれらの混合物等の圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含み得る。
【００２４】
本明細書に記載の構造の電気的に分極したポリマー及び／又は圧電性粒子は、非ランダムに配向された電気双極子及び／又は電気双極子領域を含み得る。電気的に分極したポリマー及び／又は粒子は、熱電モジュールにおける電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される電気双極子場を示すと共に、圧電／焦電特性も示し得る。本明細書に記載の電気的に分極した合成物の圧電及び／又は焦電特性は、このような合成物を組み込んだ物品が、温度勾配への暴露から生ずる電気出力に加えて、機械的変形から生ずる電気出力も提供することを可能にする。
【００２５】
別の態様では、熱電織物が本明細書に記載される。一部の実施形態では、本明細書に記載の織物は本明細書に記載の熱電物品を含み、物品の断熱サポートは織物の１つ以上の繊維を含む。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載の織物は、１つ以上の断熱繊維と、断熱繊維の対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱繊維の周りを通る又はそれを通過する構造から形成される熱電モジュールとを含む。
【００２６】
更に別の態様では、物品を作成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、物品を作成する方法は、断熱サポートを提供するステップと、断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップとを含む。一部の実施形態では、熱電モジュールの構造は連続的である。更に、連続的な熱電モジュール構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含んでもよく、絶縁層はｐ型層及びｎ型層の間に部分的に配置される。更に、熱電モジュールの面におけるｐ型層及びｎ型層は、断熱サポートの反対の側に実質的に平行であり得る。更に、断熱サポートは、１つ以上の織物の繊維であり得る。
【００２７】
更に、断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップは、熱電モジュールの少なくとも１つの面に実質的に垂直に熱電構造の一部を提供することを更に含み得る。更に、一部の実施形態では、物品の熱電モジュールは並列に接続され得る。
【００２８】
別の態様では、電気エネルギを生成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、熱エネルギを電気エネルギに変換する方法は、断熱サポートと断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを備える物品を提供するステップを含む。熱エネルギは、熱電モジュールを横断して電圧を誘導するために熱電モジュールにより吸収される。更に、一部の実施形態では、物品の熱電モジュールは、物品の機械的変動又は応力に応じて電気エネルギの生成を可能にする圧電／焦電特性を示す。
【００２９】
こうした及び他の実施形態は、以下の詳細な説明により詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本明細書に記載の一実施形態による熱電装置又は熱電モジュールの側面拡大図を示す。
【図２】本明細書に記載の一実施形態による熱電装置又は熱電モジュールの斜視図を示す。
【図３】本明細書に記載の一部の実施形態によるポリマーマトリクスにおける様々なカーボンナノチューブ荷重に対するゼーベック係数値を示す。
【図４】本明細書に記載の一実施形態による光熱装置を示す。
【図５】本明細書に記載の一実施形態による熱電装置の側面拡大図を示す。
【図６】本明細書に記載の一実施形態による熱電装置又は熱電モジュールのｐｎ接合の異種界面遷移領域を示す。
【図７】本明細書に記載の熱電装置又は熱電モジュールの分極ポリマー複合材料フィルムの電圧出力を示す。
【図８】本明細書に記載の一実施形態による熱電物品の平面図を示す。
【図９】線９−−９に沿って切り取った図８の物品の断面図である。
【図１０】本明細書に記載の一実施形態による物品の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書に記載の実施形態は、以下の詳細な説明、例示及び図面を参照することによって、より容易に理解され得る。しかしながら、本明細書に記載の要素、装置及び方法は、詳細な説明、例示及び図面に提示された特定の実施形態に限定されない。こうした実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることを理解されたい。発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には多くの修正及び適応が容易に明らかであろう。
【００３２】
更に、本明細書に開示の全ての範囲は、その中に包含される任意の及び全ての部分範囲を含むことを理解されたい。例えば、「１．０〜１０．０」の規定範囲は、最小値１．０以上で開始し且つ最大値１０．０以下で終わる任意の及び全ての部分範囲、例えば、１．０〜５．３、又は４．７〜１０．０、又は３．６〜７．９を含むと考えられるべきである。
【００３３】
また、本明細書に記載の全ての範囲は、明示的に別段の定めをした場合を除き、範囲の端点を含むと考えられるべきである。例えば、「５〜１０の間」の範囲は、一般に、端点５及び１０を含むと考えられるべきである。
【００３４】
更に、「まで（ｕｐ  ｔｏ）」という語句が量に関連して用いられる場合、その量は少なくとも検出可能な量であると理解されたい。例えば、特定の量「まで」の量が存在する材料は、検出可能な量から特定量まで及び特定量を含んで存在し得る。
【００３５】
（Ｉ．熱電装置）
１つの態様では、熱電装置が本明細書に記載される。本明細書に記載のｐｎ接合は、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、ｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、ｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされる。ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーを含むポリマーマトリクスに配置され得る。更に、絶縁層は、圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含み得る本明細書に記載の装置の電気的に分極したポリマー及び／又は圧電性粒子は、非ランダムに配向された電気双極子及び／又は電気双極子領域を含み得る。更に、電気的に分極したポリマー及び／又は粒子は、熱電装置における電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される電気双極子場を示すと共に、圧電／焦電特性も示し得る。本明細書に記載の電気的に分極した合成物の圧電及び／又は焦電特性は、このような合成物を組み込んだ熱電装置が、温度勾配への暴露から生ずる電気出力に加えて、機械的変形から生ずる電気出力も提供することを可能にする。
【００３６】
更に、一部の実施形態では、本明細書における熱電装置のｐ型層、ｎ型層又は絶縁層は、焦電場を示す。焦電場は、本発明の目的と矛盾しない任意の指向性を有し得る。例えば、焦電場は、装置の電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向され得る。
【００３７】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、複数のｐｎ接合を提供する複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層とを備え、少なくとも１つのｐ型層はカーボンナノ粒子を含み、少なくとも１つのｎ型層はｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。更に、ｐ型層、ｎ型層又は絶縁層は、電気的に分極したポリマーを含み得る。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置のｐ型層及びｎ型層は積層構成にされている。
【００３８】
本明細書に記載のように、ｐ型層とｎ型層との接触により、ｐｎ接合が生成される。一部の実施形態では、ｎ型層と接触しているｐ型層によって形成されるｐｎ接合において、界面遷移領域が存在する。界面遷移領域は、ｐ型層及びｎ型層の混合したナノ粒子を含む。ｐ型及びｎ型層のナノ粒子の混合は、異種構造のｐｎ接合を提供することができる。図６は、本明細書に記載の一実施形態による熱電装置又は熱電モジュールのｐｎ接合の異種界面遷移領域を示す。
【００３９】
更に、ｐｎ接合のｐ型層とｎ型層との間に金属中間層が配置され得る。金属中間層は、本発明の目的と矛盾しない任意の金属から形成され得る。例えば、金属中間層は、金、白金、イリジウム、パラジウム、オスミウム、銀、ロジウム又はルテニウム又はこれらの合金を含む貴金属から形成され得る。また、金属中間層は、アルミニウム、ニッケル、銅、他の遷移金属又は遷移金属合金から形成され得る。更に、金属中間層は、グラファイト又はグラフェン等の金属特性を示す有機材料から形成されてもよい。
【００４０】
金属中間層は、ピン止め層（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）として作用し得る。一部の実施形態では、ピン止め層は、隣接するｎ型層及びｐ型層のフェルミ準位をピン止めする。更に、本明細書に記載のピン止め層は、ｎ型層又はｐ型層にエネルギ的に適合され得る。
【００４１】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置のｐｎ接合は、装置の分極したポリマーの圧電及び／又は焦電特性に関係付けられる（複数の）電圧出力の整流器として作用し得る。図７は、本明細書に記載の熱電装置に用いられる分極した圧電フィルムの整流作用を示す。カーボンナノチューブを含む電気的に分極したＰＶＤＦフィルムが提供され、（エンジェルヘイル熱電対（ａｎｇｅｌ  ｈａｉｌ  ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）及び薄い電力リード線に接続される）フィルムの自由に垂れている端部に取り付けられるコールドブロックにより１０−６トルの真空系にぶら下げられた。ヒーターブロックがフィルムを支持しており、熱電対と共にコンピュータにより外部的に制御される加熱コイルを含んでいる。フィルムは、解放された既定の開始位置から振り子状に自由に揺れることが許された。揺れの減衰は、機械的特性及び圧電力と併せた熱電力を決定するために使用された。図７は、試験の結果を示す。図７の上段のグラフは、前後に揺れる単一分極のＰＶＤＦフィルムの電圧出力を示す。電圧出力の対称性が期待される。しかしながら、図７の下段のグラフは、ｐｎ接合を形成するために接触する分極したｐ型及びｎ型ＰＶＤＦフィルムの電圧出力を示す。フィルムのペアの非対称電圧出力は、ｐｎ接合による整流作用の特徴である。このような整流作用は、そうでなければ機械的歪みの指向性適用においてランダムに打ち消される装置の様々な機械的歪みから生ずる本明細書に記載の熱電装置から電力を抽出するために利用され得る。
【００４２】
図１は、本明細書に記載の一実施形態による熱電装置の側面拡大図を示す。図１に示される熱電装置は、交互にｎ型層（２）に結合される２つのｐ型層（１）を備える。ｐ型層（１）及びｎ型層（２）の交互の結合は、装置の反対側にｐｎ接合（４）を有するｚ型構成を熱電装置に提供する。ｐ型層（１）及びｎ型層（２）が積層構成になるように、ｐ型層（１）とｎ型層（２）の界面間に絶縁層（３）が配置される。本明細書に記載のように、図１に提供された熱電装置は、装置の様々な構成要素の説明及び理解を容易にするために拡張状態とされている。しかしながら、一部の実施形態では、熱電装置は、拡張状態ではなく、絶縁層（３）がｐ型層（１）及びｎ型層（２）と接触している。
【００４３】
図１は、熱源に装置の一面を暴露することにより誘導される熱電装置を通じる電流フローを更に示す。熱的に生成された電流を外部負荷に印加するために、電気接点（Ｘ）が熱電装置に提供される。
【００４４】
図２は、本明細書に記載の一実施形態による熱電装置（２００）を示しており、ｐ型層（２０１）及びｎ型層（２０２）が積層構成になっている。ｐ型層（２０１）及びｎ型層（２０２）は、積層構成において絶縁層（２０７）により分離されている。熱電装置（２００）は、電気接点（２０４、２０５）により外部負荷に接続される。
【００４５】
次に熱電装置の様々な実施形態に含まれ得るコンポーネントを参照すると、本明細書に記載の熱電装置は、カーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｐ型層を備える。
【００４６】
一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含む。一部の実施形態では、フラーレンは、１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−ｌ−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。一部の実施形態では、カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ；ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ；ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）、及びｐドープした単層カーボンナノチューブ、ｐドープした多層カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含む。
【００４７】
一部の実施形態では、ｐドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｐドープした多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの量のホウ素を含む。一部の実施形態では、ｐドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｐドープした多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセントから約２５重量パーセント、又は約１０重量パーセントから約２０重量パーセントの量のホウ素を含む。一部の実施形態では、ｐドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｐドープした多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントより少ない量のホウ素を含む。一部の実施形態では、ｐドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｐドープした多層カーボンナノチューブは、酸素を含む。
【００４８】
一部の実施形態では、ｐ型ドーパントが、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。一部の実施形態では、ｐ型ドーパントが、単層及び／又は多層カーボンナノチューブを取り囲む環境によりカーボンナノチューブに外部的に提供される。更に本明細書に記載のように、一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノチューブがポリマーマトリクスに配置される。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、カーボンナノチューブの表面にｐドーパントを提供することができる。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを提供する場合、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスに組み込まれる前にｐドープされない。代替的に、一部の実施形態では、ポリマーマトリクスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを提供する場合、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスに組み込まれる前にｐドーパントを含む。更に、一部の実施形態では、アルカリ金属等のポリマーマトリクスに配置される化学種も、カーボンナノチューブに対するｐドーパントとして作用し得る。
【００４９】
一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は高アスペクト比を有する。本明細書で用いられる「アスペクト比」という用語は、カーボンナノ粒子の直径又は幅で割ったカーボンナノ粒子の長さを意味する。一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１から約１０６の範囲のアスペクト比を示す。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約１０から約１００，０００の範囲のアスペクト比を表示する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約１０から約１０，０００、又は約５から約１０００の範囲のアスペクト比を有する。
【００５０】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約５ｍｍ、又は約１０ｎｍから約１ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約５０ｎｍから約５００μｍ、約１００ｎｍから約１００μｍ、又は約５００ｎｍから約１０μｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約２００μｍから約５００μｍの範囲の長さを有する。
【００５１】
一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の直径を有する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約１０ｎｍから約８０ｎｍ、又は約２０ｎｍから約６０ｎｍの範囲のアスペクト比を有する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約１００ｎｍより大きく又は約１ｎｍより小さな直径を有する。
【００５２】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成で提供される。
【００５３】
一部の実施形態では、ｐ型層は、約０．１重量パーセントから約１００重量パーセントの範囲の量で本明細書に記載されたカーボンナノ粒子の１つ以上の種を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約２重量パーセントの量のカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントの量のカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、約２重量パーセントから約５０重量パーセントの量のカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、約５重量パーセントから約３０重量パーセントの量のカーボンナノ粒子を含む。
【００５４】
一部の実施形態では、本明細書に記載のｐ型層のカーボンナノ粒子荷重は、層の所望のゼーベック係数を参照して選択され得る。図３は、本明細書に記載の一部の実施形態によるｐ型層のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）マトリクスのＳＷＮＴ荷重の関数としてゼーベック係数を示す。図３に示されるように、５重量パーセントから１００重量パーセントの範囲のＳＷＮＴ荷重が、ｐ型層に対する所定範囲のゼーベック係数を提供する。
【００５５】
図３ではＰＶＤＦが参照されているが、ｐ型層のマトリクスは他のポリマー種から形成され得る。本発明の目的と矛盾しない任意のポリマー材料が、ｐ型層のポリマーマトリクスの製造に使用され得る。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電装置のｐ型層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ  の半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、ｐ型層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α相率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α相率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶が作為的な方向に提供可能であり、それによりポリマーマトリクスの圧電及び焦電特性が向上する。
【００５６】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、限定されないが、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若しくは共重合体を含むポリオレフィンを含む。
【００５７】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、１つ以上の共役ポリマーを含む。一部の実施形態では、共役ポリマーは、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＨＴ）、ｐｏｌｙ（３−ｏｃｔｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＯＴ）、及びｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（ＰＴｈ）を含むチオフェンを含む。
【００５８】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、１つ以上の半導体ポリマーを含む。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）及びｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）（ＰＰＶ）並びにこれらの誘導体等のフェニレンビニレンを含む。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ナフタレン、及びこれらの誘導体を含み得る。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（２−ｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）（Ｐ２ＶＰ）、ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ、ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＣＺ）、ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ（ＰＰｙ）、及びｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ（ＰＡｎ）を含む。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ［２，６−（４，４−ｂｉｓ−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）−４Ｈ−ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−ａｌｔ−４、７−（２，１，３−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）を含む。
【００５９】
一部の実施形態では、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約１０ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約５００ｎｍ又は少なくとも約１μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約５μｍ又は少なくとも約１５μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約５０ｎｍから約３０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約１００ｎｍから約２０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚みを有する。
【００６０】
一部の実施形態では、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約１００μｍ又は少なくとも約５００μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約１ｍｍ又は少なくとも約１０ｍｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約１μｍから約１００ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約１０μｍから約５００ｍｍの範囲の長さを有する。
【００６１】
一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約１０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約１５μＶ／Ｋ又は少なくとも約２０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約３０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で約５μＶ／Ｋから約３５μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約１０μＶ／Ｋ又は少なくとも約３０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【００６２】
本明細書に記載のように、一部の実施形態では、ｐ型層のゼーベック係数は、カーボンナノ粒子の同一性及び荷重により変化し得る。一部の実施形態では、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荷重に反比例する。
【００６３】
少なくとも１つのｐ型層に加えて、本明細書に記載の熱電装置は、複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｎ型層を含む。
【００６４】
一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含む。一部の実施形態では、フラーレンは、１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−ｌ−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。一部の実施形態では、ｎドープした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これらの混合物を含む。
【００６５】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｎ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成で提供される。
【００６６】
一部の実施形態では、ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの範囲の量の窒素を含む。一部の実施形態では、ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、約５重量パーセントから約２５重量パーセント、又は約１０重量パーセントから約２０重量パーセントの量の窒素を含む。一部の実施形態では、ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントより少ない量の窒素を含む。一部の実施形態では、ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、脱酸素化ナノチューブを含む。
【００６７】
一部の実施形態では、ｎ型ドーパントが、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。一部の実施形態では、ｎ型ドーパントが、単層及び／又は多層カーボンナノチューブを取り囲む環境によりカーボンナノチューブに外部的に提供される。更に本明細書に記載のように、一部の実施形態では、ｎ型層のカーボンナノチューブがポリマーマトリクスに配置される。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、カーボンナノチューブの表面にｎドーパントを提供することができる。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを提供する場合、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスに組み込まれる前にｎドープされない。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスがカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを提供する場合、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスに組み込まれる前にｎドープされる。
【００６８】
一部の実施形態では、ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子は高アスペクト比を有する。一部の実施形態では、ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１から約１０６の範囲のアスペクト比を示す。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１０から約１００，０００の範囲のアスペクト比を表示する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１０から約１０，０００、又は約５から約１０００の範囲のアスペクト比を有する。
【００６９】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｎ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約５ｍｍ、又は約１０ｎｍから約１ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約５０ｎｍから約５００μｍ、約１００ｎｍから約１００μｍ、又は約５００ｎｍから１０μｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノチューブは、約２００ｐｍから約５００μｍの範囲の長さを有する。
【００７０】
一部の実施形態では、ｎ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の直径を有する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１０ｎｍから約８０ｎｍ、又は約２０ｎｍから約６０ｎｍの範囲のアスペクト比を有する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１００ｎｍより大きく又は約１ｎｍより小さな直径を有する。
【００７１】
一部の実施形態では、ｎ型層は、ｎ型層の総重量に基づいて、約０．１重量パーセントから約１００重量パーセントの範囲の量で本明細書に記載されたｎドープしたカーボンナノ粒子の１つ以上の種を含み得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約２重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約５重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、約２重量パーセントから約５０重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、約５重量パーセントから約３０重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層と同様に、ｎ型層のカーボンナノ粒子荷重は、層の所望のゼーベック係数を参照して決定され得る。
【００７２】
本明細書に記載のように、ｎ型層は、ｎドープしたカーボンナノ粒子が配置されるポリマーマトリクスを更に含む。ｎ型層のポリマーマトリクスは、ｐ型層に関して本明細書に記載された任意のポリマー種を含み得る。例えば、ｎ型層のポリマーマトリクスは、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電装置のｎ型層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、ｎ型層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶が作為的な方向に提供可能であり、それによりマトリクスの圧電及び焦電特性が向上する。
【００７３】
一部の実施形態では、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１０ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約５００ｎｍ又は少なくとも約１μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約５μｍ又は少なくとも約１５μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約５０ｎｍから約３０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約１００ｎｍから約２０μｍの範囲の厚みを有する。
【００７４】
一部の実施形態では、ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１００μｍ又は少なくとも約５００μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１ｍｍ又は少なくとも約１０ｍｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約１μｍから約１００ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約１０μｍから約５００ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、隣接するｐ型層と同一の広がりを持つ又は実質的に同一の広がりを持つ長さを有する。
【００７５】
一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−１０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−１５μＶ／Ｋ又は少なくとも約−２０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−３０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で約−５μＶ／Ｋから約−３５μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−１０μＶ／Ｋ又は少なくとも約−３０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【００７６】
一部の実施形態では、ｎ型層のゼーベック係数は、ｎドープしたカーボンナノ粒子の同一性及び荷重により変化し得る。一部の実施形態では、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粒子荷重に反比例する。
【００７７】
本明細書に記載の熱電装置の一部の実施形態では、ｐドープ及びｎドープしたカーボンナノチューブを含むカーボンナノ粒子は、１つ以上の無機半導体ナノ粒子と置換され得る。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、ＩＶ族材料、ＩＩ／ＶＩ族材料又はＩＩＩ／Ｖ族材料若しくはこれらの結合を含む。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、量子ドット及び／又はナノワイヤを含む。一部の実施形態では、無機半導体材料には、本明細書に記載のｐ層及びｎ層でそれぞれ使用されるｐドーパント又はｎドーパントが提供される。
【００７８】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、少なくとも１つのｐ型層と少なくとも１つのｎ型層との間に配置される絶縁層も含む。一部の実施形態では、絶縁層は、電気的に絶縁している。一部の実施形態では、絶縁層は、電気的に絶縁し且つ熱的に絶縁している。一部の実施形態では、熱電装置は、複数のｐ型及びｎ型層の間に配置される複数の絶縁層を含む。一部の実施形態では、絶縁層は、本明細書に記載の熱電装置のｐ型層及びｎ型層が積層構成に配置されることを可能にする。
【００７９】
一部の実施形態では、絶縁層は、１つ以上のポリマー材料を含む。本発明の目的と矛盾しない任意のポリマー材料が、絶縁層の製造に使用され得る。ポリマー絶縁層は、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電装置の絶縁層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、絶縁層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶を作為的な方向に提供可能であり、それにより絶縁層の圧電及び焦電特性が向上する。
【００８０】
一部の実施形態では、絶縁層は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ；ｐｏｌｙａｃｒｙｌｉｃ  ａｃｉｄ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ；ｐｏｌｙｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ；ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む。一部の実施形態では、絶縁層は、限定されないが、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若しくは共重合体を含むポリオレフィンを含む。
【００８１】
ポリマー絶縁層は、圧電特性を示す粒子を更に含み得る。例えば、ポリマー絶縁層は、ＢａＴｉＯ３の粒子、ＢｉＴｅ粒子、他の無機圧電性粒子又はこれらの混合物を含み得る。ＢａＴｉＯ３粒子、ＢｉＴｅ粒子及び／又は他の無機粒子は、本発明の目的と矛盾しない任意のサイズ及び／又は形状を有し得る。ＢａＴｉＯ３粒子及びＢｉＴｅ粒子は、２０ｎｍから５００ｎｍの範囲の粒度分布を示し得る。更に、圧電性粒子は、本発明の目的と矛盾しない任意の荷重で絶縁層のポリマーに分散され得る。一部の実施形態では、ＢａＴｉＯ３の粒子、ＢｉＴｅ粒子及び／又は他の無機圧電性粒子は、絶縁層の総重量に基づいて、５−８０重量パーセント又は１０−５０重量パーセントの量で絶縁層に存在するナノ粒子である。本明細書に記載のように、絶縁層の圧電性粒子は、本明細書に記載の熱電装置の圧電及び／又は焦電特性を更に向上させるために電気的に分極され得る。
【００８２】
代替的に、絶縁層は、無機又はセラミック材料から形成され得る。一部の実施形態では、絶縁層は、遷移金属酸化物粒子を含む、金属酸化物粒子から形成される。また、適切な金属酸化物粒子は、圧電特性も示し得る。一実施形態では、例えば、絶縁層は、電気的に分極され得るＢａＴｉＯ３粒子から形成される。
【００８３】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約５０ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約７５ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約５００ｎｍ又は少なくとも約１μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約５μｍ又は少なくとも約１５μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約５０ｎｍから約３０μｍの範囲の厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約１００ｎｍから約２０μｍの範囲の厚みを有する。
【００８４】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、絶縁層は、絶縁層が間に配置されるｐ型及びｎ型層の長さと実質的に一致する長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約１００μｍ又は少なくとも約５００μｍの長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約１ｍｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約１μｍから約１００μｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約１０μｍから約５００ｍｍの範囲の長さを有する。
【００８５】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、複数のｐ型層及び複数のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、本発明の目的と矛盾しない任意の数のｐ型層及びｎ型層を含み得る。一部の実施形態では、ｐ型層及びｎ型層は、絶縁層によって分離されて、交互に且つ積層構成で順序付けられる。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも３つのｐ型層及び少なくとも３つのｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも５つのｐ型層及び少なくとも５つのｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも１０のｐ型層及び少なくとも１０のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも１５のｐ型層及び少なくとも１５のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも１００のｐ型層及び少なくとも１００のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電装置は、少なくとも１０００のｐ型層及び少なくとも１０００のｎ型層を含む。
【００８６】
一部の実施形態では、１つ以上のｐ型層及び１つ以上のｎ型層を含む本明細書に記載の熱電装置は、織物の形態を有する。一部の実施形態では、織物は柔軟性があり、熱電装置を異なる表面形状及び／又は形態を有する様々な基板に適用することを可能にする。一部の実施形態では、例えば、熱電装置は、湾曲した及び／又は他の平坦でない基板に適用される。
【００８７】
一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約２５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約３０μＶ／Ｋ又は少なくとも約５０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約７５μＶ／Ｋ又は少なくとも約１００μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約１５０μＶ／Ｋ又は少なくとも約１７５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約２００μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で約２５μＶ／Ｋから約２５０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で約５０μＶ／Ｋから約１５０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【００８８】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、少なくとも０．５のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、少なくとも約０．７又は少なくとも約０．８のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、少なくとも約１又は少なくとも約１．５のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、約０．５から約２、又は約０．８から約１．５の範囲のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、約１から約１．３の範囲のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置は、約１から１０の範囲のＺＴを有する。
【００８９】
（ＩＩ．光熱装置）
別の態様では、光起電コンポーネント及び熱電コンポーネントを備える光熱装置が本明細書に記載される。熱電コンポーネントは、第Ｉ部で記載された任意の熱電装置を含み得る。例えば、一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的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粒子を含み、ｎ型層は複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、熱電コンポーネントの（複数の）ｐ型層、（複数の）ｎ型層及び／又は（複数の）絶縁層は、電気的に分極したポリマーを含む。一部の実施形態では、ｐｎ接合は、接合を形成するｐ型層及びｎ型層の間に配置される金属中間層を含む。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、複数のｐｎ接合を提供する複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層、及びｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的に配置される絶縁層を備える。
【００９０】
図４は、本明細書に記載の一実施形態による光熱装置を示す。図４に示される光熱装置（４００）は、熱電コンポーネント（４０２）に結合される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、熱電装置に関して本明細書に記載された任意の構造を含み得る。
【００９１】
更に、光起電コンポーネントは、放射透過性の第１の電極（４０４）、少なくとも１つの感光層（４０５）、励起子ブロック層（４０６）及び第２の放射透過性電極（４０７）を備える。光熱装置の一部の実施形態では、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、非放射透過性である。
【００９２】
本明細書に記載の実施形態によれば、放射透過性の第１の電極及び第２の電極は、放射透過性の伝導性酸化物を含む。
【００９３】
一部の実施形態では、放射透過性の伝導性酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ；ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ガリウムインジウムスズ酸化物（ＧＩＴＯ；ｇａｌｌｉｕｍ  ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、及び亜鉛インジウムスズ酸化物（ＺＩＴＯ；ｚｉｎｃ  ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）を含み得る。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、ポリアニリン（ＰＡＮＩ；ｐｏｌｙａｎａｌｉｎｅ）及びその化学的親類等の放射透過性のポリマー材料を含み得る。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、ＺｎＯ：Ａｌを含む。
【００９４】
一部の実施形態では、３，４−ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（ＰＥＤＯＴ）が、第１及び／又は第２の電極に関する適切な放射透過性のポリマー材料であり得る。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び／又は第２の電極は、可視電磁放射を少なくとも部分的に通すことができる厚みを有するカーボンナノチューブ層を含み得る。
【００９５】
別の実施形態では、放射透過性の第１及び／又は第２の電極は複合材料を含んでもよく、複合材料はポリマー相に分散されたナノ粒子相を含む。一実施形態では、ナノ粒子相は、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はこれらの混合物を含み得る。更なる実施形態では、放射透過性の第１及び／又は第２の電極は、可視電磁放射を少なくとも部分的に通すことができる厚みを有する金属層を含み得る。一部の実施形態では、金属層は、元素的に純金属又は合金を含み得る。放射透過性の第１の電極として使用するのに適した金属は、高仕事関数金属を含み得る。
【００９６】
一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、約１０ｎｍから約１μｍの範囲の厚みを有し得る。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、約１００ｎｍから約９００ｎｍの範囲の厚みを有し得る。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、約２００ｎｍから約８００ｎｍの範囲の厚みを有し得る。更なる実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、約１μｍより大きな厚みを有し得る。
【００９７】
一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、互いに独立して構築される。一部の実施形態では、放射透過性の第１及び第２の電極は、互いを参照して構築される。
【００９８】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントの少なくとも１つの感光層は、有機組成物を含む。一部の実施形態では、感光有機層は、約３０ｎｍから約１μｍの範囲の厚みを有する。他の実施形態では、感光有機層は、約８０ｎｍから約８００ｎｍの範囲の厚みを有する。更なる一部の実施形態では、感光有機層は、約１００ｎｍから約３００ｎｍの範囲の厚みを有する。
【００９９】
本明細書に記載の実施形態によれば、感光有機層は、後で電子と正孔に解離し得る励起子を生み出すために電磁放射が吸収される少なくとも１つの光活性領域を含む。一部の実施形態では、光活性領域は、ポリマーを含み得る。一実施形態では、感光有機層の光活性領域で用いるのに適したポリマーは、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＨＴ）、ｐｏｌｙ（３−ｏｃｔｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＯＴ）、及びｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（ＰＴｈ）を含むチオフェン等の共役ポリマーを含み得る。
【０１００】
一部の実施形態では、感光有機層の光活性領域で用いるのに適したポリマーは、半導体ポリマーを含み得る。一実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）及びｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）（ＰＰＶ）並びにこれらの誘導体等のフェニレンビニレンを含む。他の実施形態では、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ナフタレン、及びこれらの誘導体を含み得る。更なる実施形態では、感光有機層の光活性領域で用いられる半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（２−ｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）（Ｐ２ＶＰ）、ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ、ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＣＺ）、ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ（ＰＰｙ）、及びｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ（ＰＡｎ）を含む。
【０１０１】
一部の実施形態によれば、光活性領域は、小分子を含み得る。一実施形態では、感光有機層の光活性領域で用いるのに適した小分子は、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、及びクマリン４８０Ｄを含み得る。別の実施形態では、小分子は、メロシアニン５４０を含み得る。更なる実施形態では、小分子は、９，１０−ｄｉｈｙｄｒｏｂｅｎｚｏ［ａ］ｐｙｒｅｎｅ−７（８Ｈ）−ｏｎｅ、７−ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｏ［ａ］ｐｙｒｅｎｅ、ｐｙｒｅｎｅ、ｂｅｎｚｏ［ｅ］ｐｙｒｅｎｅ、３，４−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙ−３−ｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ−１，２−ｄｉｏｎｅ、及び１，３−ｂｉｓ［４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｐｈｅｎｙｌ−２，４−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅｄｉｙｌｉｕｍ  ｄｉｈｙｄｒｏｘｉｄｅを含み得る。
【０１０２】
一部の実施形態では、励起子の解離は、隣接するドナー材料及びアクセプタ材料の間に形成される有機層におけるヘテロ接合で促進される。本明細書に記載の一部の実施形態では、有機層は、ドナー材料及びアクセプタ材料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含む。他の実施形態では、有機層は、ドナー材料及びアクセプタ材料の間に形成される複数のバルクヘテロ接合を含む。
【０１０３】
有機材料の文脈において、ドナー及びアクセプタという用語は、２つの接触するが異なる有機材料の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ；ｈｉｇｈｅｓｔ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ）及び最低空分子軌道（ＬＵＭＯ；ｌｏｗｅｓｔ  ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギレベルの相対位置を意味する。これは、無機ｎ型層及びｐ型層をそれぞれ生成するために使用され得るドーパントの型を意味する無機の文脈におけるこうした用語の使用とは対照的である。有機の文脈において、他方に接触する一方の材料のＬＵＭＯエネルギレベルが低ければ、その材料がアクセプタである。そうでなければ、それはドナーである。外部バイアスがない場合、ドナー−アクセプタ接合における電子がアクセプタ材料の中に移動し、且つ正孔がドナー材料の中に移動することがエネルギ的に好ましい。
【０１０４】
本明細書に記載の一部の実施形態によれば、感光有機層における光活性領域は、ポリマー複合材料を含む。一実施形態では、ポリマー複合材料は、ポリマー相に分散されるナノ粒子相を含み得る。光活性領域のポリマー相を生成するのに適したポリマーは、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＨＴ）及びｐｏｌｙ（３−ｏｃｔｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＯＴ）を含むチオフェン等の共役ポリマーを含み得る。
【０１０５】
一部の実施形態では、ポリマー複合材料のポリマー相に分散されるナノ粒子相は、少なくとも１つのカーボンナノ粒子を含む。カーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含み得る。一実施形態では、ナノ粒子相で用いるのに適したフラーレンは、１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−ｌ−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１  （ＰＣＢＭ）を含み得る。一部の実施形態によれば、ナノ粒子相で用いられ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、又はこれらの混合物を含み得る。
【０１０６】
本明細書に記載の一部の実施形態では、ポリマー複合材料におけるポリマー対ナノ粒子比は、約１：１０から約１：０．１の間である。一部の実施形態では、ポリマー複合材料におけるポリマー対ナノ粒子比は、約１：４から約１：０．４の間である。一部の実施形態では、ポリマー複合材料におけるポリマー対ナノ粒子比は、約１：２から約１：０．６の間である。一実施形態では、例えば、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）対ＰＣＢＭの比率は、約１：１から約１：０．４の間である。
【０１０７】
更なる実施形態では、ポリマー相に分散されるナノ粒子相は、少なくとも１つのナノウィスカを含む。本明細書で用いられるナノウィスカとは、複数のカーボンナノ粒子から形成される結晶性カーボンナノ粒子を意味する。一部の実施形態では、ナノウィスカは、ポリマー複合材料を含む感光有機層をアニーリングすることにより生成され得る。一部の実施形態によれば、ナノウィスカを形成することができるカーボンナノ粒子は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、及びフラーレンを含み得る。一実施形態では、ナノウィスカは、結晶性ＰＣＢＭを含む。一部の実施形態では、感光有機層のアニーリングは、ポリマー相におけるナノ粒子相の分散を更に増加し得る。
【０１０８】
ポリマー相及びナノ粒子相を含む光活性領域の実施形態では、ポリマー相はドナー材料として作用し、ナノ粒子相はアクセプタ材料として作用し、それにより励起子の正孔及び電子への分離のためのヘテロ接合を形成する。ナノ粒子がポリマー相中に分散される実施形態では、有機層の光活性領域は、複数のバルクヘテロ接合を含む。一部の実施形態では、感光有機層の光活性領域におけるドナー材料は、ポルフィリン、フタロシアニン及びこれらの誘導体を含む有機金属化合物を含み得る。更なる実施形態では、感光有機層の光活性領域におけるアクセプタ材料は、ペリレン、ナフタレン及びこれらの誘導体を含み得る。
【０１０９】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントの少なくとも１つの感光層は、無機組成物を含む。一部の実施形態では、本明細書に記載の感光無機層は、様々な合成物を有し得る。一部の実施形態では、本明細書に記載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、（ＣｄＴｅ等）ＩＩ／ＶＩ族半導体材料、ＩＩＩ／Ｖ族半導体材料、又はこれらの結合若しくは混合物を含む無機合成物を含む。一部の実施形態では、感光無機層は、ＩＶ族、ＩＩ／ＶＩ族、又はＩＩＩ／Ｖ族の二元、三元又は四元系を含む。一部の実施形態では、感光無機層は、ＣＩＧＳ（ｃｏｐｐｅｒ  ｉｎｄｉｕｍ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｓｅｌｅｎｉｄｅ）等のＩ／ＩＩＩ／ＶＩ材料を含む。一部の実施形態では、感光無機層は、多結晶シリコン（Ｓｉ）を含む。一部の実施形態では、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又はプロト結晶（ｐｒｏｔｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコンを含む。一部の実施形態では、感光無機層は、多結晶ＣＺＴＳ（ｃｏｐｐｅｒ  ｚｉｎｃ  ｔｉｎ  ｓｕｌｆｉｄｅ）を含む。一部の実施形態では、感光無機層は、微結晶、ナノ結晶、及び／又はプロト結晶ＣＺＴＳを含む。一部の実施形態では、ＣＺＴＳは、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４を含む。一部の実施形態では、ＣＺＴＳは、セレニウム（Ｓｅ）を更に含む。一部の実施形態では、ＣＺＴＳは、ガリウム（Ｇａ）を更に含む。
【０１１０】
一部の実施形態では、本明細書に記載の光起電コンポーネントの感光無機層は、アモルファス材料を含む。一部の実施形態では、少なくとも１つの感光無機層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を含む。一部の実施形態では、感光無機層のアモルファスシリコンは、不動態化されていない又は実質的に不動態化されていない。一部の実施形態では、感光無機層のアモルファスシリコンは、水素で不動態化される（ａ−Ｓｉ：Ｈ）。一部の実施形態では、感光無機層のアモルファスシリコンは、ハロゲンで不動態化され又は非ハロゲン不動態化される。一部の実施形態では、例えば、感光無機層のアモルファスシリコンは、Ｓｉ：Ｆを含まないか又は実質的に含まない。一部の実施形態では、代替的に、感光無機層のアモルファスシリコンは、フッ素不動態化される（ａ−Ｓｉ：Ｆ）。
【０１１１】
一部の実施形態では、１つ以上のヘテロ接合は、ドーピングにより本明細書に記載の感光無機層において確立され得る。一部の実施形態では、感光無機層の一領域がｐドーパントでドープされ、感光無機層の別の領域がヘテロ接合を提供するためにｎドーパントでドープされる。感光無機層の材料が本質的にｐ型である一部の実施形態では、感光無機層の領域がヘテロ接合を提供するためにｎドーパントでドープされ得る。感光無機層の材料が本質的にｎ型である一部の実施形態では、感光無機層の領域がヘテロ接合を提供するためにｐドーパントでドープされ得る。
【０１１２】
一部の実施形態では、ドーピングに適した感光層に対する本明細書に記載の任意の無機材料が、感光層における１つ以上のヘテロ接合を確立するためにドープされる。一部の実施形態では、例えば、水素不動態化アモルファスシリコンは、１つ以上のヘテロ接合を確立するためにｐ型及び／又はｎ型ドーパントでドープされる。更に、一部の実施形態では、本明細書に記載の感光無機層のＩＶ族、ＩＩＩ／Ｖ族及び／又はＩＩ／ＶＩ族半導体材料は、１つ以上のヘテロ接合を提供するためにｐ型及び／又はｎ型ドーパントでドープされ得る。
【０１１３】
一部の実施形態では、本明細書に記載の光起電コンポーネントは、ｎ型領域、真性領域、及びｐ型領域を含む少なくとも１つの感光無機層を含む。一部の実施形態では、ｎ型領域は、ｎドープした無機半導体から成る。一部の実施形態では、ｐ型領域は、ｐドープした無機半導体から成る。一部の実施形態では、真性領域は、ドープしていない無機半導体から成る。
【０１１４】
一部の実施形態では、本明細書に記載の光起電コンポーネントは、多接合構造を含む。一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、複数の感光無機層を含み、各層がｎ型領域、真性領域、及びｐ型領域を含む。一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、２つの感光無機層を含み、各層がｎ型領域、真性領域、及びｐ型領域を含み、それにより二重接合装置を提供する。一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、３つの感光無機層を含み、各層がｎ型領域、真性領域、及びｐ型領域を含み、それにより三重接合装置を提供する。各々がｎ型領域、真性領域及びｐ型領域を含む複数の感光無機層を含む一部の実施形態では、複数の無機層は、無機層の間に１つ以上のヘテロ接合が形成されるように互いに隣接している。一部の実施形態では、例えば、光起電コンポーネントは、第１のｎ型領域、第１の真性領域、及び第１のｐ型領域を含む第１の感光無機層と、第２のｎ型領域、第２の真性領域、及び第２のｐ型領域を含む第２の感光無機層とを含み、第１のｐ型領域は第２のｎ型領域に隣接し又は第１のｎ型領域は第２のｐ型領域に隣接している。一部の実施形態では、本明細書に記載の光電子装置は、単一接合構造を含む。当業者には知られているように、一部の実施形態では、本明細書に記載の多接合装置の構造において第１、第２及び／又は第３の感光無機層の間にトンネル接合が配置され得る。
【０１１５】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、複数の感光有機層を含む。
【０１１６】
複数の感光層が光起電コンポーネントに存在する一部の実施形態では、感光層の吸収プロファイルは、重複しない又は実質的に重複しない。複数の感光層が光起電コンポーネントに存在する一部の実施形態では、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。一部の実施形態では、太陽スペクトルの１つ以上の領域を捕捉するために複数の感光層が光起電コンポーネントにおいて使用され得る。
【０１１７】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントの励起子ブロック層（ＥＢＬ）は、光生成励起子を解離界面の付近の領域に制限して、感光層／電極界面において寄生励起子がクエンチすることを防ぐように作用し得る。励起子が拡散し得る経路を限定することに加えて、ＥＢＬは、電極の析出中に取り込まれる物質に対する拡散障壁として更に作用し得る。一部の実施形態では、ＥＢＬは、さもなければ光起電装置を動作不能にし得るピンホール又は短絡不良を埋めるのに十分な厚みを有し得る。
【０１１８】
本明細書に記載の一部の実施形態によれば、ＥＢＬは、ポリマー複合材料を含み得る。一実施形態では、ＥＢＬは、３，４−ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ：ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）に分散されるカーボンナノ粒子を含む。別の実施形態では、ＥＢＬは、ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）及びその共重合体に分散されるカーボンナノ粒子を含む。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ及びｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）を含むポリマー相に分散されるカーボンナノ粒子は、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、フラーレン、又はこれらの混合物を含み得る。更なる実施形態では、ＥＢＬは、電子の通過を妨げつつ正孔の輸送を許可することができる仕事関数エネルギを有する任意のポリマーを含み得る。
【０１１９】
一部の実施形態では、ＥＢＬは、放射透過性の第１の電極と光活性アセンブリの有機感光層との間に配置されてもよい。光電子装置が複数の感光有機層を含む一部の実施形態では、例えば、ＥＢＬは、感光有機層の間に配置され得る。
【０１２０】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、１つ以上のアップコンバータ及び／又はダウンコンバータを含む。当業者には理解されるように、アップコンバータは、励起状態を生成するために材料により吸収される電磁放射のものよりも大きなエネルギを有する電磁放射を放出することができる材料である。一部の実施形態で使用するのに適したアップコンバータは、赤外線放射を吸収して、本明細書に記載の光起電コンポーネントの感光有機層により吸収されることができる波長で可視光を放出し得る。
【０１２１】
一部の実施形態では、アップコンバータは、少なくとも１つのランタニド系元素を含む材料を含み得る。一部の実施形態では、アップコンバータ材料は、少なくとも１つのランタニド系元素を含むナノ粒子を含み得る。本明細書に記載の一部の実施形態によるアップコンバータ材料で用いるのに適したランタニド系元素は、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又はこれらの混合物を含む。一部の実施形態では、アップコンバータ材料は、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又はこれらの混合物のイオンでドープされる金属酸化物及び金属硫化物を含む。他の実施形態では、光ファイバーが、エルビウム、イッテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、又はこれらの混合物のイオンで直接ドープされてもよい。
【０１２２】
他の実施形態では、アップコンバータ材料は、有機化学種を含み得る。有機アップコンバータ材料は、Ｈ２Ｃ６Ｎ及び４−ｄｉａｌｋｙｌａｍｉｎｏ−１、８−ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅｓ、並びに多分岐ナフタルイミド誘導体ＴＰＡ−ＮＡ１、ＴＰＡ−ＮＡ２及びＴＰＡ−ＮＡ３等の１，８−ｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ誘導体及び化合物を含み得る。また、有機アップコンバータ材料は、４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｃｉｎｎａｍｏｎｉｔｒｉｌｅ（ｃｉｓ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓ）、ｔｒａｎｓ−４−［４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ］−１−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｉｄｉｎｉｕｍ  ｉｏｄｉｄｅ、４−［４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ］ｐｙｒｉｄｉｎｅ、４−（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｉｐｈｅｎｙｌｈｙｄｒａｚｏｎｅ、ｔｒａｎｓ−４−［４−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｓｔｙｒｙｌ］−１−ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｉｄｉｎｉｕｍ  ｐ−ｔｏｌｕｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ、２−［ｅｔｈｙｌ［４−［２−（４−ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ）ｅｔｈｅｎｙｌ］ｐｈｅｎｙｌ］ａｍｉｎｏ］ｅｔｈａｎｏｌ、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−４’−ｎｉｔｒｏｓｔｉｌｂｅｎｅ、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇｅ  ２５、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇｅ  ３、及びＤｉｓｐｅｒｓｅ  Ｒｅｄ  １も含み得る。
【０１２３】
更なる実施形態では、アップコンバータ材料は、量子ドットを含み得る。一部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）、及びセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）等のＩＩＩ／Ｖ及びＩＩ／ＶＩ半導体材料を含み得る。また、アップコンバータ材料は、量子ドットのコアシェル構造も含み得る。
【０１２４】
本明細書で提供されたものに加えて、本明細書に記載の一部の実施形態は、クロム等の遷移金属を含む追加のアップコンバータ材料を考慮する。
【０１２５】
一部の実施形態では、光起電コンポーネントは、参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開２００９／０１７３３７２及び２００９／０３０１５６５に記載されたものと一致する構造を有する。
【０１２６】
図４を再度参照すると、光熱装置（４００）は、光起電コンポーネント（４０１）と熱電コンポーネント（４０２）との間に配置されるストークスシフト（Ｓｔｏｋｅｓ  ｓｈｉｆｔ）層（４０３）を更に含む。一部の実施形態では、ストークスシフト層は、熱電コンポーネントの隣辺に伝達される熱エネルギを生成することができる１つ以上のストークスシフト化学種を含む。一部の実施形態では、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を吸収する。更に、一部の実施形態では、１つ以上のストークスシフト化学種により放出される放射は、光起電コンポーネント（４０１）により吸収される。
【０１２７】
本発明の目的と矛盾しない任意のストークスシフト材料が、ストークスシフト層に組み込むために使用され得る。一部の実施形態では、吸収及び放出プロファイルに従って適切なストークスシフト材料が選択される。一部の実施形態では、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。一部の実施形態では、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。更に、一部の実施形態では、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。
【０１２８】
一部の実施形態では、ストークスシフト材料は、電磁スペクトルの近紫外領域における放射を吸収することができる。一部の実施形態では、例えば、ストークスシフト材料は、約３００ｎｍから約４００ｎｍの範囲の波長を有する放射を吸収する。
【０１２９】
一部の実施形態では、ストークスシフト材料は色素を含む。本発明の目的と矛盾しない任意の色素が使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、色素は、クマリン、クマリン誘導体、ピレン、及びピレン誘導体の１つ以上を含む。一部の実施形態では、ストークスシフト材料は、紫外線励起フルオロフォアを含む。本明細書に記載の一部の実施形態で用いるのに適した色素の非限定的な例示は、メトキシクマリン、ダンシル色素、ピレン、Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ  ３５０、アミノメチルクマリンアセテート（ＡＭＣＡ；ａｍｉｎｏｍｅｔｈｙｌｃｏｕｍａｒｉｎ  ａｃｅｔａｔｅ）、Ｍａｒｉｎａ  Ｂｌｕｅ色素、Ｄａｐｏｘｙｌ色素、ジアルキルアミノクマリン、ビマン（ｂｉｍａｎｅ）色素、ヒドロキシクマリン、Ｃａｓｃａｄｅ  Ｂｌｕｅ色素、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｏｒａｎｇｅ色素、Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ  ４０５、Ｃａｓｃａｄｅ  Ｙｅｌｌｏｗ色素、Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｂｌｕｅ色素、ＰｙＭＰＯ、及びＡｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ  ４３０を含む。
【０１３０】
一部の実施形態では、ストークスシフト材料は蛍光体を含む。本発明の目的と矛盾しない任意の蛍光体が使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、蛍光体は、ハロリン酸塩蛍光体及び三リン酸の１つ以上を含む。本明細書に記載の一部の実施形態で用いるのに適した蛍光体の非限定的な例示は、Ｃａ５（ＰＯ４）３（Ｆ，Ｃｌ）：Ｓｂ３＋、Ｍｎ２＋、Ｅｕ：Ｙ２Ｏ３、及びＴｂ３＋、Ｃｅ３＋：ＬａＰＯ４を含む。一部の実施形態では、蛍光体は、蛍光体粒子を含む。一部の実施形態では、蛍光体粒子は、液体中に懸濁され得る。
【０１３１】
（ＩＩＩ．熱電装置を作成する方法）
別の態様では、熱電装置を作成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、熱電装置を作成する方法は、複数のカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｐ型層を提供するステップと、複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｎ型層を提供するステップと、ｐ型層とｎ型層との間に絶縁層を配置するステップと、ｐｎ接合を提供するためにｐ型層及びｎ型層を結合するステップとを含む。一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は第１のポリマーマトリクスに配置され、ｎ型層のカーボンナノ粒子は第２のポリマーマトリクスに配置され、第１のポリマーマトリクス及び／又は第２のポリマーマトリクスは電気的に分極される。分極処理は、本発明の目的と矛盾しない任意の方式で行われ得る。一部の実施形態では、例えば、分極処理は、ｐ型層及び／又はｎ型層の長さに沿って１つ以上の櫛形アレイを圧入すること及びアレイに分極処理電圧を印加することを含む。一部の実施形態では、熱電装置の（複数の）絶縁層は、圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含む。
【０１３２】
更に、一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電装置を作成する方法は、接合を提供するｐ型層及びｎ型層の間に金属中間層を配置するステップを更に含む。金属中間層は、本明細書に記載の任意の構造を有し得る。
【０１３３】
更に、一部の実施形態では、複数のｐ型及びｎ型層が提供され、互いに結合されて、複数のｐｎ接合の形態をもたらす。一部の実施形態では、ｐ型層及びｎ型層の間に絶縁層が配置される。更に、熱電装置を作成する方法の一部の実施形態では、ｐ型層及びｎ型層は積層構成に配置される。ｐ型層及びｎ型層は、ｐｎ接合を提供するために金属接触により結合され得る。一部の実施形態では、例えば、ｐ層は、本明細書に記載の熱電装置のｐｎ接合を提供するために金属接触によりｎ層に結合される。
【０１３４】
（ＩＶ．光熱装置を作成する方法）
別の態様では、光熱装置を作成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、光熱装置を作成する方法は、光起電コンポーネントを提供するステップと、熱電コンポーネントを提供するステップと、光起電コンポーネント及び熱電コンポーネントを結合するステップとを含む。熱電コンポーネントは、本明細書に記載の任意の熱電装置の構造を有し得る。例えば、一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的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粒子を含み、ｎ型層は複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。更に、（複数の）ｐ型層、（複数の）ｎ型層及び／又は（複数の）絶縁層は、電気的に分極したポリマーを含み得る。一部の実施形態では、ｐｎ接合は、接合を形成するｐ型層及びｎ型層の間に配置される金属中間層を含む。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントは、本明細書に記載の複数のｐｎ接合を提供するために複数のｎ型層に結合される複数のｐ型層を含む。
【０１３５】
一部の実施形態では、光熱装置を作成する方法は、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配置するステップを更に含む。
【０１３６】
（Ｖ．電磁エネルギを変換する方法）
別の態様では、電磁エネルギを電気エネルギに変換する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、電磁エネルギを電気エネルギに変換する方法は、光起電コンポーネント及び光起電コンポーネントに結合される熱電コンポーネントを備える装置等の第ＩＩ部に記載された装置を提供することを含み、熱電コンポーネントは、ｐｎ接合を提供するために少なくとも１つのｎ型層に結合される少なくとも１つのｐ型層と、ｐ型層及びｎ型層の間に少なくとも部分的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粒子を含み、ｎ型層は複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。電磁放射は、光起電コンポーネントが光電流を提供して、熱電コンポーネントの片側を加熱することにより吸収され、熱電コンポーネントを通して電圧を誘導する。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントの少なくとも１つのｐ型層のナノ粒子及び／又は少なくとも１つのｎ型層のナノ粒子が、電気的に分極したポリマーマトリクスに配置される。一部の実施形態では、熱電コンポーネントの（複数の）絶縁層は、圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含む。
【０１３７】
一部の実施形態では、熱電コンポーネントの片側を加熱することは、光起電コンポーネントで生成された熱を熱電コンポーネントの片側に伝達することを含む。更に、一部の実施形態では、熱電コンポーネントの片側を加熱することは、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提供すること、熱及び電磁放射を生成するためにストークスシフト層で電磁放射を吸収すること、及び生成された熱を熱電コンポーネントの片側に伝達することを含む。一部の実施形態では、ストークスシフト層により生成された電磁放射は、光電流の生成用に光起電コンポーネントに伝達される。
【０１３８】
（ＶＩ．熱電物品及び織物）
別の態様では、熱電物品が本明細書に記載される。更に別の態様では、熱電織物が本明細書に記載される。一部の実施形態では、物品及び／又は織物が平坦でない又は複雑な表面に配置されることを含む場合に、本明細書に記載の物品及び／又は織物は、熱エネルギを電気エネルギに効率的に変換するために使用され得る。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載の物品又は織物は、衣服又は電子装置のカバーとして使用され又はそれに組み込まれ得る。更に、本明細書に記載の物品又は織物は、共形に又は実質的に共形に、人間ユーザの皮膚又は電子装置の表面に配置され又はそれと接触し得る。
【０１３９】
一部の実施形態では、本明細書に記載の物品は、断熱サポートと、断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを含む。熱電モジュールは、第Ｉ部に記載された熱電装置の構造を有し得る。一部の実施形態では、熱電モジュールの構造は、連続的であり且つ導電性である。更に、一部の実施形態では、熱電モジュールは、サポートの中又は上に配置される１つ以上の電気接点を介する場合を含み、断熱サポートに電気的に接続される。更に、電気接点は、電気ダイオードを含み得る。
【０１４０】
更に、熱電モジュールの連続構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含み、絶縁層はｐ型層及びｎ型層の間に部分的に配置される。一部の実施形態では、本明細書に記載の連続構造のｐ型層及びｎ型層は積層構成にされている。更に、熱電モジュールの面におけるｐ型層及びｎ型層は、断熱サポートの反対の側に実質的に平行であり得る。更に、絶縁サポートの周り又は中を通る熱電モジュール構造の一部は、熱電モジュールの少なくとも１つの面に実質的に垂直であり得る。
【０１４１】
更に、連続的な熱電モジュール構造のｐ型層は、ｎドープしたカーボンナノ粒子を含むｎ型層を有するカーボンナノ粒子を含み得る。ｐ型層のカーボンナノ粒子はｐドープされ得る。ｐ型層のナノ粒子及び／又はｎ型層のナノ粒子は、電気的に分極したポリマーを含むポリマーマトリクスを含む、ポリマーマトリクスに配置され得る。
【０１４２】
熱電モジュールの電気的に分極したポリマーは、非ランダムに配向された電気双極子及び／又は電気双極子領域を含み得る。更に、電気的に分極したポリマーは、熱電モジュールにおける電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向される電気双極子場を示すと共に、圧電／焦電特性も示し得る。電気的に分極したポリマー合成物の圧電及び／又は焦電特性は、このような合成物を組み込んだ物品が、温度勾配への暴露から生ずる電気出力に加えて、機械的変形から生ずる電気出力も提供することを可能にする。
【０１４３】
更に、熱電モジュール構造の絶縁層は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）粒子、テルル化ビスマス粒子（ＢｉＴｅ）、他の無機粒子又はそれらの混合物等の圧電特性を示す電気的に分極した粒子又は電気的に分極したポリマーを含み得る。
【０１４４】
更に、一部の実施形態では、本明細書における熱電モジュール構造のｐ型層、ｎ型層又は絶縁層は、焦電場を示す。焦電場は、本発明の目的と矛盾しない任意の指向性を有し得る。例えば、焦電場は、構造の電流フローの軸に平行に又は実質的に平行に配向され得る
本明細書に記載のように、ｐ型層とｎ型層との接触により、ｐｎ接合が生成される。一部の実施形態では、ｎ型層と接触しているｐ型層によって形成されるｐｎ接合において、界面遷移領域が存在する。一部の実施形態では、界面遷移領域は、ｐ型層及びｎ型層の混合したナノ粒子を含む。ｐ型及びｎ型層のナノ粒子の混合は、異種構造のｐｎ接合を提供することができる。
【０１４５】
更に、ｐｎ接合のｐ型層とｎ型層との間に金属中間層が配置され得る。金属中間層は、本発明の目的と矛盾しない任意の金属から形成され得る。例えば、金属中間層は、金、白金、イリジウム、パラジウム、オスミウム、銀、ロジウム又はルテニウム又はこれらの合金を含む貴金属から形成され得る。また、金属中間層は、アルミニウム、ニッケル、銅、他の遷移金属又は遷移金属合金から形成され得る。更に、金属中間層は、グラファイト又はグラフェン等の金属特性を示す有機材料から形成されてもよい。
【０１４６】
金属中間層は、ピン止め層として作用し得る。一部の実施形態では、ピン止め層は、隣接するｎ型層及びｐ型層のフェルミ準位をピン止めする。更に、本明細書に記載のピン止め層は、ｎ型層又はｐ型層にエネルギ的に適合され得る。
【０１４７】
更に、一部の実施形態では、熱電モジュールのｐｎ接合は、モジュールの分極したポリマーの圧電及び／又は焦電特性に関係付けられる（複数の）電圧出力の整流器として作用し得る。
【０１４８】
更に、本明細書に記載のように、物品の断熱サポートは、織物の１つ以上の繊維であり得る。従って、別の態様では、熱電織物が提供される。例えば、織物は、１つ以上の断熱繊維と、断熱繊維の対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱繊維の周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを含む。熱電モジュールは、本明細書に記載の任意の構造又は特性を有し得る。更に、一部の実施形態では、熱電モジュールは、所望の剛性又は柔軟性を織物に提供するために選択されるサイズを有し、それにより織物と人体の表面又は電子装置の表面等の表面との間の柔軟な又は共形的な接触を可能にする。
【０１４９】
更に、織物は、本発明の目的と矛盾しない任意の断熱繊維を含み得る。例えば、一部の実施形態では、断熱繊維は、熱的に絶縁された植物繊維、動物繊維、又は合成繊維を含む。一部の実施形態では、断熱繊維は、羊毛、生糸、綿、亜麻、黄麻、大麻、モダール、リヨセル、セルロース、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリアミド、アラミド、アクリル、ナイロン、スパンデックス、及びこれらの結合の１つ以上を含む。また、他の断熱繊維が使用されてもよい。
【０１５０】
更に、本明細書に記載の熱電織物は、本発明の目的と矛盾しない任意の布地又は織物構造又は構成を有し得る。一部の実施形態では、例えば、本明細書に記載の織物は、織り又は編み構成を有する。このような実施形態では、織物の断熱繊維は、織物の縦糸又は横糸を形成し得る。例えば、断熱繊維は織物の横糸方向に配置され、熱電モジュールの構造は縦糸方向に断熱繊維の中又は周りを通され得る。更に、一部の実施形態では、本明細書に記載の織物は、１つ以上の列又は行に配置されて、複数の断熱繊維の中又は周りを通過する複数の熱電モジュール構造を含み、繊維も１つ以上の列又は行に配置され得る。断熱繊維の列又は行は、熱電モジュール構造の列又は行に垂直であり得る。
【０１５１】
更に、このような列又は行は、連続的である必要はなく、その代わり、織物が開口領域及び閉鎖領域を含むように、不連続的であり得る。開口領域により、断熱繊維の対向する側の間及び／又は織物の対向する側の間の湿気及び／又は空気の交換が可能になる。閉鎖領域により、織物又は織物の繊維の対向する側の間の湿気及び／又は空気のこのような交換を防ぎ又は抑制することが可能になる。本明細書に記載の織物は、本発明の目的と矛盾しない開口及び閉鎖領域の任意の組み合わせを有し得る。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載の織物は、約１０パーセントから約５０パーセントの開口領域及び約５０パーセントから約９０パーセントの閉鎖領域を含む。他の構成も可能である。
【０１５２】
熱電織物の対向する側又は断熱サポートの対向する側は、織物又は物品の「高温」側及び「低温」側を形成し得る。本明細書における参照のため、織物又は物品の高温側はより高い温度を有する側を含み、低温側はより低い温度を有する側を含み得る。例えば、織物又は物品の高温側は、携帯電話等の電子装置の表面又は着用者の皮膚等の熱い又は暖かい表面に対して配置される側であり、低温側は外部環境に露出している。他の場合には、外部環境に露出した側は、織物又は物品の高温側である。
【０１５３】
更に、本明細書に記載の物品又は織物の熱電モジュールの面は、本発明の目的と矛盾しない任意の方式で織物又は物品の対向する側に配置され得る。一部の実施形態では、例えば、熱電モジュール構造の面は、熱モジュールの正の（又は負の）出力が全て高温側にある又は全て低温側にあるように、全て同じ方式で配置される。代替的に、他の実施形態では、熱電モジュール構造の面は、熱電モジュールの正の（又は負の）出力の一部が高温側にあり、一方で熱電モジュールの他の正の（又は負の）出力が低温側にあるように、異なる方式で配置され得る。一部の実施形態では、このような構成は、織物又は物品のどちらの側が所与の時間に低温側又は高温側であるかに関わらず、本明細書に記載の物品又は織物が電気エネルギを提供することを可能にする。
【０１５４】
一般に、熱電モジュールにより提供される電気エネルギは、１つ以上の電気接点を介して外部回路へと移され得る。電気接点は、本明細書に記載の断熱サポートの表面又は内部に配置され得る。例えば、一部の実施形態では、１つ以上の金属線が、断熱サポートの表面及び／又は内部に配置される。本発明の目的と矛盾しない任意の金属線が使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、金属線は銅を含む。
【０１５５】
更に、本明細書に記載の物品又は織物は、熱電モジュールから電荷を取り除くための１つ以上の電気バス又は他の外部接点も含み得る。例えば、熱電モジュールの１つの行又は列が、（外部環境が相対的に低温である）低温−高温環境で電気エネルギを生成するように構成されてもよく、一方で熱電モジュールの別の行又は列が（外部環境が相対的に高温である）高温−低温環境で電気エネルギを生成するように構成されてもよい。一部のこのような実施形態では、別個の行又は列が、異なって及び／又は別個に又は独立して電気的に接続され得る。代替的に、他の実施形態では、熱電モジュールの全てが織物又は物品の高温及び低温側に対して同じ方向を有するような場合に、織物又は物品の熱電モジュールの全てが電気的に平行に接続され得る。
【０１５６】
更に、本明細書に記載の物品又は織物は、それぞれ携帯電話又はバッテリ等、電子装置及び／又はエネルギ貯蔵媒体への電気的接続を含み得る。従って、本明細書に記載の物品又は織物は、電子装置又はバッテリに直接的に電力を供給し又は充電するために使用され得る。
【０１５７】
次に、図面を参照して一部の実施形態が更に説明される。図８は、本明細書に記載の一実施形態による熱電物品の平面図を示す。図９は、線９−−９に沿って切り取った図８の物品の断面図である。
【０１５８】
図８及び９に示された熱電物品又は織物（１００）は、断熱サポート（１１０）と、断熱サポート（１１０）の対向する側において熱電モジュール（１２０）の面（１２１、１２２）を提供するために断熱サポート（１１０）の周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュール（１２０）とを含む。一部の実施形態では、断熱サポート（１１０）は、１つ以上の織物の繊維である。このような実施形態では、断熱サポート（１１０）は横糸方向（図８のｄ１）に配置され、熱電モジュール（１２０）は縦糸方向（図８のｄ２）に配置され得る。更に、このような配置は、開口領域（１５０）及び閉鎖領域を有する織物（１００）を提供することができる。
【０１５９】
図１及び２に示されるように、熱電モジュール（１２０）の構造は、２つの屈曲点（１２３）を含む連続構造であり、この構造は断熱サポート（１１０）の周り又は中で湾曲され又は折り曲げられている。更に、熱電モジュール（１２０）の面（１２１、１２２）におけるｐ型層及びｎ型層（図示せず）は、断熱サポート（１１０）の対向する側（１１１、１１２）に実質的に平行であり得る。更に、図８及び９の実施形態では、断熱サポート（１１０）の周り又は中を通る熱電モジュール（１２０）の構造の部分（１２４）が、熱電モジュール（１２０）の面（１２１、１２２）の少なくとも１つに実質的に垂直である。
【０１６０】
図１０は、本明細書に記載の一実施形態による物品又は織物（１００）の斜視図を示す。図１０に示されるように、物品又は織物（１００）は、低温側（１３０）及び高温側（１４０）を有し得る。図１０の実施形態における低温側（１３０）は熱電モジュール構造（１２０）の面（１２１）に対応し、高温側（１４０）は断熱サポート（１１０）の対向する側（１１２）にある熱電モジュール構造（１２０）の面（１２２）に対応する。しかしながら、本明細書に記載のように、他の配置も可能である。
【０１６１】
図１は、本明細書に記載の一実施形態による熱電モジュール又は熱電装置の側面拡大図を示す。図１に示される熱電モジュールは、交互にｎ型層（２）に結合される２つのｐ型層（１）を備える。ｐ型層（１）及びｎ型層（２）の交互の結合は、モジュールの反対側にｐｎ接合（４）を有するｚ型構成を熱電モジュールに提供する。ｐ型層（１）及びｎ型層（２）が積層構成になるように、ｐ型層（１）とｎ型層（２）の界面間に絶縁層（３）が配置される。本明細書に記載のように、図１に提供された熱電モジュールは、モジュールの様々な構成要素の説明及び理解を容易にするために拡張状態とされている。しかしながら、一部の実施形態では、熱電モジュールは拡張状態ではなく、絶縁層（３）がｐ型層（１）及びｎ型層（２）と接触している。熱電モジュールは、交互にｎ型層（２）に結合される所望の数のｐ型層（１）を含み得る。
【０１６２】
図１は、熱源にモジュールの一面を暴露することにより誘導される熱電モジュールを通じる電流フローを更に示す。電気接点（Ｘ）が、熱的に生成された電流を外部負荷に印加するために熱電モジュールに提供される。
【０１６３】
図２は、本明細書に記載の一実施形態による熱電モジュール（２００）を示しており、ｐ型層（２０１）及びｎ型層（２０２）が積層構成になっている。ｐ型層（２０１）及びｎ型層（２０２）は、積層構成において絶縁層（２０７）により分離されている。熱電モジュール（２００）は、電気接点（２０４、２０５）により外部負荷に接続される。
【０１６４】
次に本明細書に記載の熱電物品又は織物の様々な実施形態に含まれ得るコンポーネントを参照すると、本明細書に記載の物品又は織物は、断熱サポート又は断熱繊維を備える。本発明の目的と矛盾しない任意の断熱サポート又は繊維が使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、断熱サポートは、羊毛、生糸、綿、亜麻、黄麻、大麻、モダール、リヨセル、セルロース、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、アラミド、アクリル、ナイロン、スパンデックス、及びこれらの結合の１つ以上を含む天然又は合成繊維を含む。一部の実施形態では、断熱サポートは、無機材料を含む。無機材料は、金属酸化物等の酸化物又はガラス繊維等のガラスを含み得る。一部の実施形態では、無機材料は、セラミック材料を含む。無機材料は、シリカ、チタニア、ジルコニア、及び酸化亜鉛の１つ以上を含み得る。
【０１６５】
更に、本明細書に記載の物品の断熱サポートは、本発明の目的と矛盾しない任意の構造を有し得る。例えば、一部の実施形態では、断熱サポートは、ネット又はメッシュ構造を有する。不織構造を含む他の構造も使用され得る。
【０１６６】
また、本明細書に記載の物品又は織物は、熱電モジュール構造も含む。本発明の目的と矛盾しない熱電モジュールの任意の構造が使用されてもよい。一部の実施形態では、例えば、本明細書に記載の物品又は織物の熱電モジュールは、ｐｎ接合を提供するｎ型層に結合されるｐ型層と、ｐ型及びｎ型層の間に配置される絶縁層とを備える。一部の実施形態では、熱電モジュールのｐ型及びｎ型層はカーボンナノ粒子を含む。
【０１６７】
一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含む。一部の実施形態では、フラーレンは、１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−ｌ−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。一部の実施形態では、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）、及び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これらの混合物を含む。
【０１６８】
一部の実施形態では、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重量パーセントから約３０重量パーセントの量のホウ素を含む。一部の実施形態では、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重量パーセントから約２５重量パーセント、又は約１０重量パーセントから約２０重量パーセントの量のホウ素を含む。更に、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、酸素を含み得る。
【０１６９】
ｐ型ドーパントが、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得る。一部の実施形態では、ｐ型ドーパントが、単層及び／又は多層カーボンナノチューブを取り囲む環境によりカーボンナノチューブに外部的に提供される。更に本明細書に記載のように、ｐ型層のカーボンナノチューブがポリマーマトリクスに配置され得る。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、カーボンナノチューブの表面にｐドーパントを提供することができる。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスがカーボンナノチューブの表面にｐドーパントを提供する場合、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスに組み込まれる前にｐドープされない。代替的に、カーボンナノチューブは、ポリマーマトリクスへの組み込み前にｐドーパントを含む。更に、一部の実施形態では、アルカリ金属等のポリマーマトリクスに配置される化学種も、カーボンナノチューブに対するｐドーパントとして作用し得る。
【０１７０】
一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は高アスペクト比を有する。本明細書で用いられる「アスペクト比」という用語は、カーボンナノ粒子の直径又は幅で割ったカーボンナノ粒子の長さを意味する。一部の実施形態では、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１から約１０６、又は約１０から約１００，０００の範囲のアスペクト比を示す。
【０１７１】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約５ｍｍ、又は約１０ｎｍから約１ｍｍの長さを有する。一部の実施形態では、カーボンナノ粒子は、約５０ｎｍから約５００μｍの範囲の長さを有する。更に、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの範囲の直径を有し得る。
【０１７２】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成又は不織構成で提供される。
【０１７３】
一部の実施形態では、ｐ型層は、約０．１重量パーセントから約１００重量パーセントの範囲の量で本明細書に記載されたカーボンナノ粒子の１つ以上の種を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約２重量パーセント又は少なくとも約１０重量パーセントの量のカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｐ型層は、約２重量パーセントから約５０重量パーセント、又は約５重量パーセントから約１５重量パーセントの範囲の量のカーボンナノ粒子を含む。
【０１７４】
ｐ型層のカーボンナノ粒子荷重は、層の所望のゼーベック係数を参照して選択され得る。一部の実施形態では、５重量パーセントから１００重量パーセントの範囲のＳＷＮＴ荷重が、ｐ型層に対する所定範囲のゼーベック係数を提供する。図３は、例えば、本明細書に記載の一部の実施形態によるｐ型層のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）マトリクスのＳＷＮＴ荷重の関数としてゼーベック係数を示す。図３に示されるように、５重量パーセントから１００重量パーセントの範囲のＳＷＮＴ荷重が、ｐ型層に対する所定範囲のゼーベック係数を提供する。また、一部の実施形態では、ｐ型層のナノ粒子荷重は、所望の浸透限界を参照して決定され得る。
【０１７５】
ｐ型層のマトリクスは、ポリマーホストとカーボンナノ粒子の結合によっても形成され得る。本発明の目的と矛盾しない任意のポリマーホスト材料が、ｐ型層のポリマーマトリクスの製造に使用され得る。一部の実施形態では、ポリマーマトリクスは、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電モジュールのｐ型層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、ｐ型層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α相率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α相率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶が作為的な方向に提供可能であり、それにより、織物又は物品が受ける機械的変動又は応力から生ずる電気エネルギを得るためのポリマーマトリクスの圧電及び焦電特性が向上する。
【０１７６】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む。また、ポリマーマトリクスは、限定されないが、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若しくは共重合体を含むポリオレフィンを含む。
【０１７７】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＨＴ）、ｐｏｌｙ（３−ｏｃｔｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）（Ｐ３ＯＴ）、及びｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（ＰＴｈ）等のチオフェンを含む、１つ以上の共役ポリマーを含む。
【０１７８】
一部の実施形態では、ｐ型層のポリマーマトリクスは、１つ以上の半導体ポリマーを含む。半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）及びｐｏｌｙ（ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｖｉｎｙｌｅｎｅ）（ＰＰＶ）並びにこれらの誘導体等のフェニレンビニレンを含み得る。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ポリフルオレン、ナフタレン、及びこれらの誘導体を含む。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ（２−ｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）（Ｐ２ＶＰ）、ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ、ｐｏｌｙ（Ｎ−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＣＺ）、ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ（ＰＰｙ）、及びｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ（ＰＡｎ）を含む。一部の実施形態では、半導体ポリマーは、ｐｏｌｙ［２，６−（４，４−ｂｉｓ−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）−４Ｈ−ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａ［２，１−ｂ；３，４−ｂ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）−ａｌｔ−４、７−（２，１，３−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ）］（ＰＣＰＤＴＢＴ）を含む。
【０１７９】
ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。ｐ型層は、少なくとも約１０ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有し得る。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約５００ｎｍ又は少なくとも約１μｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。
【０１８０】
一部の実施形態では、ｐ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、ｐ型層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、約１μｍから約１００ｍｍの範囲の長さを有する。
【０１８１】
一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約５μＶ／Ｋ又は少なくとも約１０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約１５μＶ／Ｋ又は少なくとも約３０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｐ型層は、２９０Ｋの温度で約５μＶ／Ｋから約３５μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【０１８２】
本明細書に記載のように、ｐ型層のゼーベック係数は、カーボンナノ粒子の同一性及び荷重により変化し得る。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荷重に反比例し得る。
【０１８３】
少なくとも１つのｐ型層に加えて、本明細書に記載の熱電モジュールは、複数のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む少なくとも１つのｎ型層を含む。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、フラーレン、カーボンナノチューブ又はこれらの混合物を含む。一部の実施形態では、フラーレンは、１−（３−ｍｅｔｈｏｘｙｃａｒｂｏｎｙｌ）ｐｒｏｐｙｌ−ｌ−ｐｈｅｎｙｌ（６，６）Ｃ６１（ＰＣＢＭ）を含む。一部の実施形態では、ｎドープした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これらの混合物を含む。
【０１８４】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｐ型層のカーボンナノ粒子は、マット構成又は不織形態で提供される。
【０１８５】
ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、約０．１重量パーセントから約３０重量パーセントの範囲の量の窒素を含み得る。一部の実施形態では、ｎドープした単層カーボンナノチューブ及び／又はｎドープした多層カーボンナノチューブは、脱酸素化ナノチューブを含む。
【０１８６】
ｎ型ドーパントが、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得る。一部の実施形態では、ｎ型ドーパントが、単層及び／又は多層カーボンナノチューブを取り囲む環境によりカーボンナノチューブに外部的に提供される。ｎ型層のカーボンナノチューブはポリマーマトリクスに配置されてもよく、ポリマーマトリクスはカーボンナノチューブの表面にｎドーパントを提供し得る。一部の実施形態では、カーボンナノチューブは、マトリクスへの組み込み前にｎドープされない。他の実施形態では、カーボンナノチューブは、マトリクスへの組み込み前にｎドープされる。
【０１８７】
一部の実施形態では、ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子は高アスペクト比を有する。一部の実施形態では、ｎ型層のｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１から約１０６の範囲のアスペクト比を示す。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約１０から約１００，０００の範囲のアスペクト比を表示する。
【０１８８】
一部の実施形態では、カーボンナノチューブを含む、ｎ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約５ｍｍ、又は約１０ｎｍから約１ｍｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎドープしたカーボンナノ粒子は、約５０ｎｍから約５００μｍの範囲の長さを有する。更に、一部の実施形態では、ｎ型層のカーボンナノ粒子は、約１ｎｍから約１００ｎｍの直径を有する。
【０１８９】
ｎ型層は、約０．１重量パーセントから約１００重量パーセントの範囲の量で本明細書に記載されたｎドープしたカーボンナノ粒子の１つ以上の種を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約２重量パーセント又は少なくとも約５重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１０重量パーセントの量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。一部の実施形態では、ｎ型層は、約２重量パーセントから約５０重量パーセント、又は約５重量パーセントから約１５重量パーセントの範囲の量のｎドープしたカーボンナノ粒子を含む。ｐ型層と同様に、ｎ型層のカーボンナノ粒子荷重は、層の所望のゼーベック係数を参照して決定され得る。また、ｎ型層のナノ粒子荷重は、所望の浸透限界を参照して決定され得る。
【０１９０】
本明細書に記載のように、ｎ型層は、ｎドープしたカーボンナノ粒子が配置されるポリマーマトリクスを更に含み得る。ｎ型層のポリマーマトリクスは、ｐ型層に関して本明細書に記載された任意のポリマー種を含み得る。例えば、ｎ型層のポリマーマトリクスは、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電モジュールのｎ型層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、ｎ型層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶が作為的な方向に提供可能であり、それにより、織物又は物品が受ける機械的変動又は応力から生ずる電気エネルギを得るためのマトリクスの圧電及び焦電特性が向上する。
【０１９１】
ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１０ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。
【０１９２】
ｎ型層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、少なくとも約１００μｍ又は少なくとも約５００μｍの長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、約１μｍから約１００ｍｍの範囲の長さを有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、隣接するｐ型層と同一の広がりを持つ又は実質的に同一の広がりを持つ長さを有する。
【０１９３】
また、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−５μＶ／Ｋ又は少なくとも約−１０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有し得る。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−１５μＶ／Ｋ又は少なくとも約−２０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で少なくとも約−３０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、ｎ型層は、２９０Ｋの温度で約−５μＶ／Ｋから約−３５μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【０１９４】
ｎ型層のゼーベック係数は、ｎドープしたカーボンナノ粒子の同一性及び荷重により変化し得る。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粒子荷重に反比例し得る。
【０１９５】
本明細書に記載の熱電モジュールの一部の実施形態では、ｐドープ及びｎドープしたカーボンナノチューブを含むカーボンナノ粒子は、１つ以上の無機ナノ粒子と置換され得る。一部の実施形態では、無機ナノ粒子は、ＩＶ族半導体材料、ＩＩ／ＶＩ族半導体材料又はＩＩＩ／Ｖ族半導体材料若しくはこれらの結合を含む。一部の実施形態では、無機半導体ナノ粒子は、量子ドット及び／又はナノワイヤを含む。真性無機半導体材料には、本明細書に記載のｐ層及びｎ層でそれぞれ使用されるｐドーパント又はｎドーパントが提供され得る。
【０１９６】
本明細書に記載の熱電モジュールは、ｐ型層とｎ型層との間に配置される絶縁層も含む。一部の実施形態では、絶縁層は、電気的に絶縁している。一部の実施形態では、絶縁層は、電気的に絶縁し且つ熱的に絶縁している。一部の実施形態では、熱電モジュールは、複数のｐ型及びｎ型層の間に配置される複数の絶縁層を含む。絶縁層は、本明細書に記載の熱電装置のｐ型層及びｎ型層が積層構成に配置されることを可能にし得る。
【０１９７】
一部の実施形態では、絶縁層は、１つ以上のポリマー材料を含む。本発明の目的と矛盾しない任意のポリマー材料が、絶縁層の製造に使用され得る。ポリマー絶縁層は、限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル−三フッ化エチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリフッ化ビニル−テトラフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む半結晶ポリマーを含む。熱電モジュールの絶縁層で用いられるＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥの半結晶ポリマーは、β相の増量を示し得る。例えば、絶縁層のＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴＦＥ及び／又はＰＶＤＦ−ＴｒＦＥは、１．５から２．５のβ／α率を表示し得る。一部の実施形態では、β／α率は、２から２．５である。本明細書で検討されるように、分極処理技術によりβ相結晶を作為的な方向に提供可能であり、それにより絶縁層の圧電及び焦電特性が向上する。
【０１９８】
一部の実施形態では、絶縁層は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）又はこれらの混合物若しくは共重合体を含む。一部の実施形態では、絶縁層は、限定されないが、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若しくは共重合体を含むポリオレフィンを含む。
【０１９９】
ポリマー絶縁層は、圧電特性を示す粒子も含み得る。例えば、ポリマー絶縁層は、ＢａＴｉＯ３の粒子、ＢｉＴｅ粒子、他の無機圧電性粒子又はこれらの混合物を含み得る。ＢａＴｉＯ３粒子、ＢｉＴｅ粒子及び／又は他の無機粒子は、本発明の目的と矛盾しない任意のサイズ及び／又は形状を有し得る。ＢａＴｉＯ３粒子及びＢｉＴｅ粒子は、２０ｎｍから５００ｎｍの範囲の粒度分布を示し得る。更に、圧電性粒子は、本発明の目的と矛盾しない任意の荷重で絶縁層のポリマーに分散され得る。一部の実施形態では、ＢａＴｉＯ３の粒子、ＢｉＴｅ粒子及び／又は他の無機圧電性粒子は、５−８０重量パーセント又は１０−５０重量パーセントの量で絶縁層に存在するナノ粒子である。本明細書に記載のように、絶縁層の圧電性粒子は、本明細書に記載の熱電モジュールの圧電及び／又は焦電特性を更に向上させるために電気的に分極され得る。
【０２００】
代替的に、一部の実施形態では、絶縁層は、無機又はセラミック材料から形成され得る。一部の実施形態では、絶縁層は、遷移金属酸化物粒子を含む、金属酸化物粒子から形成される。また、適切な金属酸化物粒子は、圧電特性も示し得る。一実施形態では、例えば、絶縁層は、電気的に分極され得るＢａＴｉＯ３粒子から形成される。
【０２０１】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の厚みを有し得る。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約５０ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約７５ｎｍ又は少なくとも約１００ｎｍの厚みを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、約５ｎｍから約５０μｍの範囲の厚みを有する。
【０２０２】
絶縁層は、本発明の目的と矛盾しない任意の所望の長さを有し得る。一部の実施形態では、絶縁層は、絶縁層が間に配置されるｐ型及びｎ型層の長さと実質的に一致する長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約１μｍ又は少なくとも約１０μｍの長さを有する。一部の実施形態では、絶縁層は、少なくとも約１００μｍ又は少なくとも約５００μｍの長さを有する。絶縁層は、約１μｍから約１００μｍの範囲の長さを有し得る。
【０２０３】
一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、複数のｐ型層及び複数のｎ型層を含む。熱電モジュールは、本発明の目的と矛盾しない任意の数のｐ型層及びｎ型層を含み得る。一部の実施形態では、ｐ型層及びｎ型層は、絶縁層によって分離されて、交互に且つ積層構成で順序付けられる。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも３つのｐ型層及び少なくとも３つのｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも５つのｐ型層及び少なくとも５つのｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも１０のｐ型層及び少なくとも１０のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも１５のｐ型層及び少なくとも１５のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも１００のｐ型層及び少なくとも１００のｎ型層を含む。一部の実施形態では、熱電モジュールは、少なくとも１０００のｐ型層及び少なくとも１０００のｎ型層を含む。
【０２０４】
１つ以上のｐ型層及び１つ以上のｎ型層を含む本明細書に記載の熱電モジュールは、織物の形態を有し得る。織物は柔軟性があり、熱電モジュールを異なる表面形状及び／又は形態を有する様々な基板又はサポートに適用することを可能にする。一部の実施形態では、例えば、熱電モジュールは、湾曲した及び／又は他の平坦でない基板に適用される。更に、熱電モジュールの柔軟性織物の性質により、図８−１０に示されたようにモジュールの折り曲げが可能になる。
【０２０５】
本明細書に記載の構造を有する熱電装置は、２９０Ｋの温度で少なくとも約２５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有し得る。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で少なくとも約３０μＶ／Ｋ又は少なくとも約５０μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で少なくとも約７５μＶ／Ｋ又は少なくとも約１００μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で少なくとも約１５０μＶ／Ｋ又は少なくとも約１７５μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で少なくとも約２００μＶ／Ｋのゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で約２５μＶ／Ｋから約２５０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、２９０Ｋの温度で約５０μＶ／Ｋから約１５０μＶ／Ｋの範囲のゼーベック係数を有する。
【０２０６】
本明細書に記載の熱電モジュールは、少なくとも０．５のＺＴを有し得る。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、少なくとも約０．７又は少なくとも約０．８のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、少なくとも約１又は少なくとも約１．５のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、約０．５から約２．５、約０．５から約２、又は約０．８から約１．５の範囲のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、約１から約１．３の範囲のＺＴを有する。一部の実施形態では、本明細書に記載の熱電モジュールは、約１から１０の範囲のＺＴを有する。
【０２０７】
（ＶＩＩ．熱電物品を作成する方法）
別の態様では、物品を作成する方法が本明細書に記載される。本明細書に記載の物品を作成する方法は、第ＶＩ部に記載された任意の物品又は織物を作成するために使用され得る。
【０２０８】
一部の実施形態では、物品を作成する方法は、断熱サポートを提供するステップと、断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップとを含む。断熱サポート及び熱電モジュール構造は、第ＶＩ部に記載された任意の断熱サポート及び熱電モジュール構造を含み得る。一部の実施形態では、例えば、熱電モジュールの構造は連続的である。更に、連続構造は、ｐｎ接合を形成するｎ型層に結合されるｐ型層を含んでもよく、絶縁層はｐ型層及びｎ型層の間に部分的に配置される。更に、一部の実施形態では、熱電モジュールの面におけるｐ型層及びｎ型層は、断熱サポートの反対の側に実質的に平行である。更に、断熱サポートは、１つ以上の織物の繊維であり得る。
【０２０９】
更に、本明細書に記載の方法の一部の実施形態では、断熱サポートの周り又は中に熱電モジュールの構造を通すステップは、熱電モジュールの少なくとも１つの面に実質的に垂直に構造の一部を提供することを更に含む。
【０２１０】
更に、一部の実施形態では、本明細書に記載の方法は、１つ以上の電気接続を提供するステップと、（複数の）電気接続に熱電モジュールを電気的に接続するステップとを更に含む。電気接続は、第ＶＩ部に記載された任意の電気接続を含み得る。例えば、一部の実施形態では、本明細書に記載の方法は、断熱サポートの１つ以上の電気接点を介する場合を含み、熱電モジュールを電気的に並列に接続するステップを更に含む。
【０２１１】
本明細書に記載の方法の様々なステップは、本発明の目的と矛盾しない任意の方式で行われ得る。一部の実施形態では、例えば、方法のステップは、３Ｄプリント、ピエゾプリント、スプレープリント、及び射出プリントの１つ以上を使用して実行される。このようなプリント方法は、例えば、必要に応じて、１つ以上の電気接続を提供するために使用され得る。
【０２１２】
（ＶＩＩＩ．電気エネルギを生成する方法）
別の態様では、電気エネルギを生成する方法が本明細書に記載される。一部の実施形態では、電気エネルギを生成する方法は、断熱サポートと断熱サポートの対向する側において熱電モジュールの面を提供するために断熱サポートの周り又は中を通る構造から形成される熱電モジュールとを備える物品を提供するステップを含む。熱エネルギは、熱電モジュールを横断して電圧を誘導するために熱電モジュールにより吸収される。更に、一部の実施形態では、物品の熱電モジュールは、物品の機械的変動又は応力に応じて電気エネルギの生成を可能にする圧電／焦電特性を示す。第ＶＩ部に記載された物品は、本明細書に記載の方法で使用されてもよい。
【０２１３】
こうした及び他の実施形態は、以下の非限定的な例示により更に示される。
【０２１４】
例１．熱電装置
第１のｐ型層は、１７．５ｍｌのジメチルアクリルアミド（ＤＭＡ）が添加された３５ｍｇの単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）を提供することにより製作された。結果として生じた混合物は、１時間の間、高エネルギ超音波処理された。全固形物ベースで混合物のＳＷＮＴ２０重量パーセントになる量の、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が混合物に加えられた。結果として生じたＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物は、１時間にわたり、高エネルギ超音波処理された。
【０２１５】
７５ｍｍｘ４５ｍｍの寸法を有するスライドガラスがメタノールで消毒されて、９０°Ｃでホットプレートに配置された。ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦ／ＤＭＡ混合物はスライドに均一に注がれて、ＤＭＡは蒸発させられた。乾燥したＳＷＮＴ／ＰＶＤＦフィルムは、アニーリングのため１２時間にわたり１００°Ｃでオーブンに入れられた。その後、スライドがオーブンから取り除かれて、ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦフィルム上にメタノールが注がれた。ＳＷＮＴ／ＰＶＤＦフィルムは、スライドガラスから慎重に取り除かれ、脱イオン水で洗われて乾燥させられた。
【０２１６】
第２のｐ型層が、上述の手順に従って作成された。更に、ｎ型層が上述の手順に従って作成されたが、ｎドープしたカーボンナノチューブがＤＭＡ及びＰＶＤＦと結合された点が異なる。
【０２１７】
２つの絶縁層が、以下の手順に従って作成された。６００ｍｇのポリプロピレン（ＰＰ）が、０．０２５ｍｌのＤＭＡ対１ｍｇのポリプロピレン粉末の比率でＤＭＡに加えられた。結果として生じた混合物は、ＰＰ粉末がＤＭＡに溶解されるまで超音波処理された。７５ｍｍｘ４５ｍｍの寸法を有するスライドガラスがメタノールで消毒されて、９０°Ｃでホットプレートに配置された。ＰＰ／ＤＭＡ混合物はスライドに均一に注がれて、ＤＭＡは蒸発させられた。結果として生じたＰＰフィルム上にメタノールが注がれて、ＰＰフィルムはスライドガラスから慎重に取り除かれた。
【０２１８】
２つのｐ型層、ｎ型層及び２つの絶縁層は、続いて、図５に示された熱電装置を提供するように結合された。結果として生じた熱電装置は、装置の様々なコンポーネントの例示のために図５において拡張された。
【０２１９】
本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的の履行として記載されている。こうした実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることを理解されたい。発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には多くの修正及びその適応が容易に明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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