JP2017152715A - 熱電発電モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この熱電発電モジュールは、ビスマス、テルル、アンチモン、及び、セレンの内の少なくとも2種類の元素を主成分とする熱電材料からなる熱電変換素子と、熱電変換素子の1つの面に順に配置された第1の拡散防止層、第2の拡散防止層、及び、半田接合層であって、ニッケルを含有しない第1及び第2の拡散防止層、及び、ニッケル、錫、又は、それらを主成分とする合金又は化合物からなる半田接合層と、電極と、少なくとも電極の一方の主面に配置され、ニッケルを主成分とする厚さ0.2μm〜3.0μmの膜を含む電極保護層と、電極保護層の一部の領域に半田接合層を接合し、鉛を主成分として電極保護層よりも厚い半田層とを含む。
【選択図】図9
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る熱電発電モジュールの概要を示す斜視図である。熱電発電モジュール1において、P型の半導体熱電材料で形成された熱電変換素子(P型素子)10と、N型の半導体熱電材料で形成された熱電変換素子(N型素子)20とを、電極31又は32を介して電気的に接続することにより、PN素子対が構成される。さらに、複数のPN素子対が、複数の高温側電極31及び複数の低温側電極32を介して直列に接続されている。
熱電発電モジュールの最大出力電力Pは、次式(1)で表される。
P=V2/4R ・・・(1)
ここで、Vは、熱電発電モジュールの開放電圧であり、Rは、熱電発電モジュールの電気抵抗(内部抵抗)である。熱電発電モジュールに接続される負荷が、熱電発電モジュールの内部抵抗と同じ電気抵抗を有する場合に、熱電発電モジュールから最大の電力を取り出すことができる。式(1)から分かるように、熱電発電モジュールの電気抵抗Rに反比例して最大出力電力Pが低下する。従って、熱電発電モジュールの電気抵抗の変化を調査すれば、熱電発電モジュールの劣化の状態を知ることができる。
試験条件2の下で耐久試験が行われた複数の試料について、熱電発電モジュールの断面の観察が行われた。図6は、電極保護層におけるニッケル膜厚の違いによる耐久試験後の熱電発電モジュールの断面の違いを示す図である。
D=D0・exp(−Q0/kT) ・・・(2)
ここで、D0=(1.1±0.05)×10−2cm2/secであり、Q0=0.47±0.02eVである。
Claims (6)
- ビスマス(Bi)、テルル(Te)、アンチモン(Sb)、及び、セレン(Se)の内の少なくとも2種類の元素を主成分とする熱電材料からなる熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の1つの面に順に配置された第1の拡散防止層、第2の拡散防止層、及び、半田接合層であって、ニッケル(Ni)を含有しない前記第1及び第2の拡散防止層、及び、ニッケル(Ni)、錫(Sn)、又は、それらを主成分とする合金又は化合物からなる前記半田接合層と、
電極と、
少なくとも前記電極の一方の主面に配置され、ニッケル(Ni)を主成分とする厚さ0.2μm〜3.0μmの膜を含む電極保護層と、
前記電極保護層の一部の領域に前記半田接合層を接合し、鉛(Pb)を主成分として前記電極保護層よりも厚い半田層と、
を具備する熱電発電モジュール。 - 前記電極保護層が、少なくとも前記電極の一方の主面に配置された厚さ0.2μm〜3.0μmのニッケル(Ni)メッキ膜、又は、前記ニッケル(Ni)メッキ膜と金(Au)メッキ膜との積層構造を含む、請求項1記載の熱電発電モジュール。
- 前記ニッケル(Ni)メッキ膜が、燐(P)を含有する、請求項2記載の熱電発電モジュール。
- 前記半田層が、鉛(Pb)及び錫(Sn)を主成分とし、それらの比率がPbxSn(1−x)(x≧0.85)で表される組成を有する半田と、該半田に混入された銅ボールとを含む、請求項1〜3のいずれか1項記載の熱電発電モジュール。
- 前記電極が、銅(Cu)を含む、請求項1〜4のいずれか1項記載の熱電発電モジュール。
- 前記半田層が、50μm〜150μmの厚さを有する、請求項1〜5のいずれか1項記載の熱電発電モジュール。
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