JP2019192904A

JP2019192904A - Thermoelectric conversion element, photodetector, image element, and photothermoelectric conversion element

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Publication number: JP2019192904A
Application number: JP2019034731A
Authority: JP
Inventors: 若奈久保; Wakana Kubo; 柾樹近藤; Masaki Kondo
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: JP7349121B2

Abstract

To provide a thermoelectric conversion element having a completely different structure from the conventional structure which does not require external high or low temperature heat source.SOLUTION: A thermoelectric conversion element 10 includes: a thermoelectric conversion film 1; and a conductive nanostructure 2 disposed inside a part of the thermoelectric conversion film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱電変換素子、光検出器、画像素子及び光熱電変換素子に関するものである。 The present invention relates to a thermoelectric conversion element, a photodetector, an image element, and a photothermoelectric conversion element.

ゼーベック効果を利用した熱電変換素子は、熱電変換材料の両端に温度差を与えることで電圧を発生させる。単体の熱電変換材料だけでは小さな電圧が発生するだけであるため、汎用的な電圧を得るために、熱電変換素子は通常、Ｐ型熱電半導体とＮ型熱電半導体を交互に並べて、両半導体の一端を高温部に接続し、他端を低温部に接続した形の熱電変換モジュールとして用いられる。また、実際の使用に際しては、高温部及び／又は低温部に高温熱源あるいは低温熱源からの熱を受けて用いられる。 A thermoelectric conversion element using the Seebeck effect generates a voltage by giving a temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion material. Since only a small thermoelectric conversion material generates a small voltage, in order to obtain a general-purpose voltage, a thermoelectric conversion element is usually arranged by alternately arranging P-type thermoelectric semiconductors and N-type thermoelectric semiconductors. Is connected to the high temperature part and the other end is connected to the low temperature part as a thermoelectric conversion module. In actual use, the high temperature part and / or the low temperature part are used by receiving heat from a high temperature heat source or a low temperature heat source.

一方、光熱変換素子として、金属ナノ粒子における光の表面プラズモン共鳴吸収によって熱が発生する現象を利用するものが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、さらに、光熱変換素子において光の表面プラズモン共鳴吸収によって発生した熱を、熱電変換素子の高温部に伝達し、熱電変換素子においてその熱を電気に変換する、光熱発電装置が開示されている。 On the other hand, as a photothermal conversion element, an element utilizing a phenomenon in which heat is generated by surface plasmon resonance absorption of light in metal nanoparticles has been proposed (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 further discloses a photothermal power generation device that transmits heat generated by surface plasmon resonance absorption of light in a photothermal conversion element to a high temperature portion of the thermoelectric conversion element, and converts the heat into electricity in the thermoelectric conversion element. It is disclosed.

特開２０１３−２５４９４０号公報JP 2013-254940 A

特許文献１に開示されている光熱発電装置は、金属ナノ粒子を使って光エネルギーを熱エネルギーに変換する光熱変換素子と、さらに、光熱変換素子で発生した熱エネルギーの伝達を受けて電気エネルギーに変換する熱電変換素子（特許文献１においては「熱電変換部」と記載）とを別体として備えた装置である。この光熱発電装置において、熱電変換素子に着目すると、光熱変換素子が高温熱源に相当する。従って、この熱電変換素子が、高温部及び／又は低温部に高温熱源あるいは低温熱源からの熱を受けて用いられる点は従来の構成と同様である。 The photothermal power generation device disclosed in Patent Document 1 is a photothermal conversion element that converts light energy into heat energy using metal nanoparticles, and further receives the transfer of heat energy generated by the photothermal conversion element into electrical energy. It is an apparatus provided with a thermoelectric conversion element to be converted (described as “thermoelectric conversion unit” in Patent Document 1) as a separate body. In this photothermal power generation device, focusing on the thermoelectric conversion element, the photothermal conversion element corresponds to a high-temperature heat source. Therefore, this thermoelectric conversion element is similar to the conventional configuration in that it is used by receiving heat from a high temperature heat source or a low temperature heat source in the high temperature portion and / or the low temperature portion.

このような従来構成の熱電変換素子に対して、本発明者は鋭意研究の結果、高温部や低温部が熱を受ける高温熱源あるいは低温熱源を備えない、従来の構成とは全く異なる構成の熱電変換素子に想到した。すなわち、本発明の熱電変換素子は、熱電変換膜自体にその一部に外部光を吸収して局所的に発熱する要素が備えられ、高温部を作り出せる（その結果として、それ以外の部分が低温部になる）熱電変換素子である。 As a result of diligent research, the inventor of the present invention has made a thermoelectric power having a completely different structure from the conventional structure that does not include a high-temperature heat source or a low-temperature heat source that receives heat at a high-temperature part or a low-temperature part. I came up with a conversion element. That is, in the thermoelectric conversion element of the present invention, a part of the thermoelectric conversion film itself that absorbs external light and locally generates heat is provided, and a high temperature part can be created (as a result, the other part is a low temperature). A thermoelectric conversion element.

本発明は、高温熱源や低温熱源を外部に必要としない、従来の構成とは全く異なる構成の熱電変換素子並びに、それを備えた光検出器、画像素子及び光熱電変換素子を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a thermoelectric conversion element that does not require a high-temperature heat source or a low-temperature heat source outside and has a configuration completely different from the conventional configuration, and a photodetector, an image element, and a photothermoelectric conversion element including the same. Objective.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means in order to solve the above problems.

（１）本発明の第１の態様に係る熱電変換素子は、熱電変換膜と、前記熱電変換膜の一部の内部又は表面に配設された金属ナノ構造体と、を備えている。 (1) The thermoelectric conversion element which concerns on the 1st aspect of this invention is equipped with the thermoelectric conversion film and the metal nanostructure arrange | positioned in the one part inside or surface of the said thermoelectric conversion film.

（２）上記態様において、所定の間隔で離間して配置し、前記熱電変換膜で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極を備え、前記導電性ナノ構造体が前記一対の電極のうちの一方の電極寄りに配設されている。 (2) In the above aspect, the conductive nanostructure is provided with a pair of electrodes that are spaced apart from each other at a predetermined interval to extract heat generated in the thermoelectric conversion film as a current or a voltage. Is disposed near one of the electrodes.

（３）本発明の第２の態様に係る熱電変換素子は、熱電変換膜と、熱電変換膜を挟むように、前記熱電変換膜の第１面及び第２面のそれぞれに設けられ、前記熱電変換膜で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極と、前記熱電変換膜の第１面側に配設された導電性ナノ構造体と、を備えている。 (3) The thermoelectric conversion element according to the second aspect of the present invention is provided on each of the first surface and the second surface of the thermoelectric conversion film so as to sandwich the thermoelectric conversion film and the thermoelectric conversion film. A pair of electrodes for taking out the heat generated in the conversion film as a current or a voltage, and a conductive nanostructure disposed on the first surface side of the thermoelectric conversion film are provided.

（４）本発明の第３の態様に係る熱電変換素子は、熱電変換材と、前記熱電変換材を挟むように、前記熱電変換材の第１端面及び第２端面のそれぞれに設けられ、前記熱電変換材で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極と、前記熱電変換材の第１端面側に配設された導電性ナノ構造体と、を備えている。 (4) The thermoelectric conversion element according to the third aspect of the present invention is provided on each of the first end surface and the second end surface of the thermoelectric conversion material so as to sandwich the thermoelectric conversion material and the thermoelectric conversion material, A pair of electrodes for taking out heat generated in the thermoelectric conversion material as current or voltage, and a conductive nanostructure disposed on the first end face side of the thermoelectric conversion material are provided.

（５）本発明の第４の態様に係る熱電変換素子は、熱電変換膜と、前記熱電変換膜の一部の内部又は表面に配設された導電性ナノ構造体と、前記導電性ナノ構造体と共に、前記熱電変換膜を挟み込むように配置する金属薄膜と、からなる完全吸収メタマテリアル構造を備えている。 (5) The thermoelectric conversion element according to the fourth aspect of the present invention includes a thermoelectric conversion film, a conductive nanostructure disposed inside or on a part of the thermoelectric conversion film, and the conductive nanostructure. And a metal thin film disposed so as to sandwich the thermoelectric conversion film together with the body.

（６）上記態様において、前記金属ナノ構造体が複数備えられてもよい。 (6) In the above aspect, a plurality of the metal nanostructures may be provided.

（７）上記態様において、複数の金属ナノ構造体が同じプラズモン共鳴波長を示すものからなってもよい。 (7) In the above aspect, the plurality of metal nanostructures may be ones exhibiting the same plasmon resonance wavelength.

（８）上記態様において、複数の金属ナノ構造体に異なるプラズモン共鳴波長を示すものが含まれていてもよい。 (8) In the above aspect, a plurality of metal nanostructures may include those exhibiting different plasmon resonance wavelengths.

（９）上記態様において、前記複数の金属ナノ構造体がランダムに配置されていてもよい。 (9) In the above aspect, the plurality of metal nanostructures may be randomly arranged.

（１０）上記態様において、前記複数の金属ナノ構造体が規則的に配置されていてもよい。 (10) In the above aspect, the plurality of metal nanostructures may be regularly arranged.

（１１）上記態様において、前記金属ナノ構造体が異方的形状を有してもよい。 (11) In the above aspect, the metal nanostructure may have an anisotropic shape.

（１２）上記態様において、前記熱電変換膜が有機材料からなってもよい。 (12) In the above aspect, the thermoelectric conversion film may be made of an organic material.

（１３）上記態様において、前記熱電変換膜が無機材料からなってもよい。 (13) In the above aspect, the thermoelectric conversion film may be made of an inorganic material.

（１４）本発明の第５の態様に係る光検出器は、本発明の熱電変換素子を備えている。 (14) The photodetector according to the fifth aspect of the present invention includes the thermoelectric conversion element of the present invention.

（１５）本発明の第６の態様に係る画像素子は、本発明の熱電変換素子を備えている。 (15) An image element according to a sixth aspect of the present invention includes the thermoelectric conversion element of the present invention.

（１６）本発明の第７の態様に係る光熱電変換素子は、本発明の熱電変換素子を備えている。 (16) The photothermoelectric conversion element according to the seventh aspect of the present invention includes the thermoelectric conversion element of the present invention.

本発明の熱電変換素子によれば、高温熱源や低温熱源を外部に必要としない、従来の構成とは全く異なる構成の熱電変換素子を提供できる。 According to the thermoelectric conversion element of the present invention, it is possible to provide a thermoelectric conversion element that does not require a high-temperature heat source or a low-temperature heat source outside and has a configuration completely different from the conventional configuration.

本発明の一実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning one Embodiment of this invention. 導電性ナノ構造体の形状を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the shape of an electroconductive nanostructure. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例であり、（ｃ）第３の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example, (c) 3rd example It is. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例であり、（ｃ）第３の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example, (c) 3rd example It is. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図であり、（ａ）第１の例であり、（ｂ）第２の例である。It is the perspective view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention, (a) 1st example, (b) 2nd example. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the thermoelectric conversion element concerning other embodiment of this invention. メタマテリアル完全吸収構造を一端に有する本発明の熱電変換素子の概念図である。It is a conceptual diagram of the thermoelectric conversion element of this invention which has a metamaterial perfect absorption structure in one end. （ａ）は、基板上に金属平板電極、熱電変換膜、金属ナノ構造体を順に形成した構成であり、基板のメタマテリアル完全吸収構造を形成した側から光照射を行った場合を示す断面模式図であり、（ｂ）は、基板上に金属ナノ構造体、熱電変換膜、金属平板電極を順に形成した構成であり、基板の下方から光照射を行った場合を示す断面模式図である。(A) is the structure which formed the metal plate electrode, the thermoelectric conversion film, and the metal nanostructure in order on the board | substrate, and is a cross-sectional schematic which shows the case where light irradiation is performed from the side which formed the metamaterial perfect absorption structure of the board | substrate. It is a figure, (b) is a structure which formed the metal nanostructure, the thermoelectric conversion film, and the metal flat plate electrode in order on the board | substrate, and is a cross-sectional schematic diagram which shows the case where light irradiation is performed from the downward direction of a board | substrate. 熱電変換素子サンプルを模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed the thermoelectric conversion element sample typically. 実施例１の熱電変換素子サンプルについて、（ａ）は短軸偏光の単色光照射下で発生した電流値の測定結果を示すグラフであり、（ｂ）は長軸偏光の単色光照射下で発生した電流値の測定結果を示すグラフである。About the thermoelectric conversion element sample of Example 1, (a) is a graph which shows the measurement result of the electric current value which generate | occur | produced under the monochromatic light of the short axis polarization, (b) is generated under the monochromatic light irradiation of the long axis polarization. It is a graph which shows the measurement result of the measured current value. 実施例２の熱電変換素子サンプルについて、（ａ）は、短軸偏光の単色光照射下における外部量子効率の波長依存性を示すグラフであり、（ｂ）は、長軸偏光の単色光照射下外部量子効率の波長依存性を示すグラフである。About the thermoelectric conversion element sample of Example 2, (a) is a graph which shows the wavelength dependence of the external quantum efficiency under monochromatic light irradiation of a short axis polarization, (b) is under monochromatic light irradiation of a long axis polarization. It is a graph which shows the wavelength dependence of external quantum efficiency.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases where the characteristic parts are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are different from actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to these, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the effects of the present invention.

（熱電変換素子）
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱電変換素子１０を模式的に示した斜視図である。
熱電変換素子１０は、熱電変換膜１と、熱電変換膜の一部の内部に配設された導電性ナノ構造体２と、を備えている。
図１に示した熱電変換素子１０では、基板５を図示したが、本発明の熱電変換素子において、基板は必須ではなく、また、本発明の熱電変換素子を他の装置に備えて用いてもよい。
本発明の熱電変換素子では、熱電変換膜の一部に備える導電性ナノ構造体における光のプラズモン共鳴吸収によって発生する熱を利用して、熱電変換素子の両端部間に温度差を作りだし、ゼーベック効果によって熱電変換素子の両端部間に起電力を生ぜしめる。
本発明の熱電変換素子は、導電性ナノ構造体のプラズモン共鳴時に発生する局所熱を動力源として機能する熱電変換素子である。
本発明の熱電変換素子は、実際の使用の際に、従来の熱電変換素子あるいは熱電変換モジュールが備えている高温部や低温部、高温熱源や低温熱源を必要としない。
本発明の熱電変換素子は、熱電変換膜で発生した電流又は電圧は、所定の間隔で離間して配置する一対の電極によって取り出すことができる。一対の電極の具体的な配置例については後述する。 (Thermoelectric conversion element)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element 10 according to an embodiment of the present invention.
The thermoelectric conversion element 10 includes a thermoelectric conversion film 1 and a conductive nanostructure 2 disposed inside a part of the thermoelectric conversion film.
In the thermoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, the substrate 5 is illustrated. However, in the thermoelectric conversion element of the present invention, the substrate is not essential, and the thermoelectric conversion element of the present invention may be used in another apparatus. Good.
In the thermoelectric conversion element of the present invention, the heat generated by the plasmon resonance absorption of light in the conductive nanostructure provided in a part of the thermoelectric conversion film is used to create a temperature difference between both ends of the thermoelectric conversion element. An electromotive force is generated between both ends of the thermoelectric conversion element by the effect.
The thermoelectric conversion element of the present invention is a thermoelectric conversion element that functions using local heat generated during plasmon resonance of a conductive nanostructure as a power source.
The thermoelectric conversion element of the present invention does not require a high-temperature part or a low-temperature part, a high-temperature heat source, or a low-temperature heat source provided in a conventional thermoelectric conversion element or thermoelectric conversion module in actual use.
In the thermoelectric conversion element of the present invention, the current or voltage generated in the thermoelectric conversion film can be taken out by a pair of electrodes arranged at a predetermined interval. A specific arrangement example of the pair of electrodes will be described later.

図１に示す熱電変換素子１０では、導電性ナノ構造体２は熱電変換膜１の一部の内部に配設されているが、熱電変換膜上に、すなわち、熱電変換膜の表面（一方の面）に導電性ナノ構造体２が配設された構成としてもよい。
導電性ナノ構造体２でプラズモン共鳴時に発生した局所熱は、導電性ナノ構造体２の四方八方に伝搬する。従って、導電性ナノ構造体２が熱電変換膜１の表面に配設された構成よりも、熱電変換膜１の内部に配設された構成（換言すると、熱電変換膜内に埋没された構成）の方が、熱伝搬効率の観点から好ましい。 In the thermoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, the conductive nanostructure 2 is disposed inside a part of the thermoelectric conversion film 1, but on the thermoelectric conversion film, that is, the surface of the thermoelectric conversion film (one of The conductive nanostructure 2 may be arranged on the surface).
The local heat generated during plasmon resonance in the conductive nanostructure 2 propagates in all directions of the conductive nanostructure 2. Therefore, a configuration in which the conductive nanostructure 2 is disposed inside the thermoelectric conversion film 1 rather than a configuration in which the conductive nanostructure 2 is disposed on the surface of the thermoelectric conversion film 1 (in other words, a configuration embedded in the thermoelectric conversion film). Is preferable from the viewpoint of heat propagation efficiency.

また、導電性ナノ構造体は、熱電変換膜の「一部にだけ」設けるが、これは、熱電変換膜中に温度差を設ける（高温部と低温部とを作る）必要があるために、熱電変換膜の全体に設けることはできない。この「一部」として、熱電変換膜の一端部を用いてもよい。この場合、その一端部が高温部となり、それ以外の部分が低温部となる。電流又は電圧を取り出す電極は、高温部近傍と、低温部のどこかに設ければよい。例えば、熱電変換膜を一方向に延在する形状である場合には、低温部の電極はその長手方向の「一端部」と反対側の他端部に設けてもよい。 In addition, the conductive nanostructure is provided “only in part” of the thermoelectric conversion film. This is because it is necessary to provide a temperature difference in the thermoelectric conversion film (making a high temperature part and a low temperature part). It cannot be provided on the entire thermoelectric conversion film. As this “part”, one end portion of the thermoelectric conversion film may be used. In this case, the one end part becomes a high temperature part, and the other part becomes a low temperature part. The electrode for taking out the current or voltage may be provided near the high temperature part and somewhere in the low temperature part. For example, when the thermoelectric conversion film has a shape extending in one direction, the electrode of the low temperature part may be provided on the other end opposite to the “one end” in the longitudinal direction.

＜導電性ナノ構造体＞
導電性ナノ構造体の材料と用いることができる材料として公知のプラズモン共鳴を示す材料を用いることができる。
具体的に例示すれば、金・銀・銅・白金・アルミニウムなどの金属や、酸化インジウム錫などの金属酸化物が挙げられる。 <Conductive nanostructure>
As a material that can be used as the material of the conductive nanostructure, a known material that exhibits plasmon resonance can be used.
Specific examples include metals such as gold, silver, copper, platinum, and aluminum, and metal oxides such as indium tin oxide.

また、導電性ナノ構造体の構造と用いることができる構造として、プラズモン共鳴を示す構造であればよいが、熱電変換膜の一部に設ける構造なので、単なる平膜は一部にだけ設ける。
具体的に例示すれば、図２にその一部を示すように、球、円板、楕円柱、楕円版、ロッド、直方体、立方体、パッチ（薄板）、円柱、中空シリンダー、ボウタイ（蝶ネクタイ）型、二量体・三量体・四量体・五量体等のｎ量体、星形、グレーティング、微***がランダムまたは規則的に配列した金属薄膜、などが挙げられる。形状に異方性を有するもの例えば、ロッドや直方体などは、偏光応答性を有する。
これらの形状にする方法としては公知の方法を用いることができ、例えば、電子線描画法、光露光法、真空蒸着法、スパッタ法、合成法、自己集積化法などを用いることができる。 In addition, as a structure that can be used as the structure of the conductive nanostructure, any structure that exhibits plasmon resonance may be used.
Specifically, as shown in part of FIG. 2, a sphere, a disk, an elliptical cylinder, an elliptical plate, a rod, a rectangular parallelepiped, a cube, a patch (thin plate), a cylinder, a hollow cylinder, a bow tie (bow tie) Examples thereof include n-mers such as molds, dimers / trimers / tetramers / pentamers, stars, gratings, and metal thin films in which micro holes are randomly or regularly arranged. Those having anisotropy in shape, such as rods and rectangular parallelepipeds, have polarization responsiveness.
A known method can be used as a method for forming these shapes, and for example, an electron beam drawing method, a light exposure method, a vacuum deposition method, a sputtering method, a synthesis method, a self-integration method, and the like can be used.

図１に示す熱電変換素子１０では、導電性ナノ構造体は複数備えられているが、単体（１つ）であっても構わない。
本明細書において、特に記載しない限り、「導電性ナノ構造体」は、単体（１つ）の導電性ナノ構造体の場合も、複数の導電性ナノ構造体（この場合、「導電性ナノ構造体群」ということがある）の場合の両方を意味する。また、図１において、導電性ナノ構造体を複数備えた構成を図示しているが、一例として示しているだけであり、本実施形態には、導電性ナノ構造体が一つのものも含む。同様に、以下の図においても、導電性ナノ構造体が複数示されている場合でも、実施形態には導電性ナノ構造体が一つのものも含み、同様に、導電性ナノ構造体が一つだけ示されている場合でも、実施形態には導電性ナノ構造体が複数のものも含む。 In the thermoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, a plurality of conductive nanostructures are provided, but they may be single (one).
In this specification, unless otherwise specified, the “conductive nanostructure” includes a single conductive nanostructure and a plurality of conductive nanostructures (in this case, “conductive nanostructure”). In the case of “group of bodies”). Further, in FIG. 1, a configuration including a plurality of conductive nanostructures is illustrated, but is illustrated only as an example, and the present embodiment includes one conductive nanostructure. Similarly, in the following drawings, even when a plurality of conductive nanostructures are shown, the embodiment includes one conductive nanostructure, and similarly, there is one conductive nanostructure. Even if only shown, embodiments include a plurality of conductive nanostructures.

プラズモン共鳴波長は、導電性ナノ構造体の種類、サイズ、形状、数、密度などの態様によって決まる。従って、導電性ナノ構造体の態様を適切に制御することによって、熱電変換素子が駆動する波長域などの特性を制御することができる。例えば、可視光、遠赤外光など任意のプラズモン共鳴波長の導電性ナノ構造体を形成できる。 The plasmon resonance wavelength is determined by aspects such as the type, size, shape, number, and density of the conductive nanostructure. Therefore, by appropriately controlling the mode of the conductive nanostructure, it is possible to control characteristics such as a wavelength region that is driven by the thermoelectric conversion element. For example, a conductive nanostructure having an arbitrary plasmon resonance wavelength such as visible light or far infrared light can be formed.

本発明の熱電変換素子において、同じプラズモン共鳴波長を示す導電性ナノ構造体を複数備えた構成とすることにより、起電力を上げることができる。例えば、単体（１つ）の導電性ナノ構造体によって発生する局所熱によっては熱電変換素子の駆動ができない構成の場合には、駆動させるのに十分な局所熱を発生するように、複数の同じプラズモン共鳴波長を示す導電性ナノ構造体を備えてもよい。かかる構成をとることによって、狭帯応答性を向上させることができる。
あるいは、柔軟性を有するフレキシブルな熱電変換素子とするために、単体（１つ）の導電性ナノ構造体とするとその剛直性のためにフレキシブルさが損なわれる場合には、各導電性ナノ構造体間の離間距離を適切にした複数の導電性ナノ構造体とする構成としてもよい。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, the electromotive force can be increased by providing a plurality of conductive nanostructures having the same plasmon resonance wavelength. For example, in the case where the thermoelectric conversion element cannot be driven by local heat generated by a single conductive nanostructure, a plurality of the same heat is generated so as to generate sufficient local heat to drive the element. A conductive nanostructure exhibiting a plasmon resonance wavelength may be provided. By adopting such a configuration, the narrow band response can be improved.
Alternatively, in order to obtain a flexible thermoelectric conversion element having flexibility, when a single (one) conductive nanostructure is used, if the flexibility is impaired due to its rigidity, each conductive nanostructure It is good also as a structure set as the some electroconductive nanostructure which made the separation distance between them suitable.

本発明の熱電変換素子において、複数の導電性ナノ構造体（導電性ナノ構造体群）を備えた構成において、異なるプラズモン共鳴波長を示す導電性ナノ構造体を含む構成としてもよい。
この構成では、異なるプラズモン共鳴波長が比較的近い波長の場合には、広帯域応答性が向上する。また、近くない所望波長の光を吸収するような、異なるプラズモン共鳴波長を示す導電性ナノ構造体群を備える構成とすることによって、特定の複数の波長の光に応答する熱電変換素子としてもよい。
異なるプラズモン共鳴波長を示す導電性ナノ構造体の選択によって、プラズモン共鳴波長スペクトルを任意に設計した熱電変換素子とすることができる。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, a configuration including a plurality of conductive nanostructures (conductive nanostructure group) may include a conductive nanostructure having different plasmon resonance wavelengths.
In this configuration, wideband response is improved when different plasmon resonance wavelengths are relatively close. Moreover, it is good also as a thermoelectric conversion element which responds to the light of a specific several wavelength by setting it as the structure provided with the electroconductive nanostructure group which shows the different plasmon resonance wavelength which absorbs the light of the desired wavelength which is not near. .
By selecting conductive nanostructures exhibiting different plasmon resonance wavelengths, a thermoelectric conversion element having an arbitrarily designed plasmon resonance wavelength spectrum can be obtained.

本発明の熱電変換素子において、導電性ナノ構造体が異方的形状を有するものを用いてもよい。
異方的形状として代表的な形状として、ナノロッドが挙げられる。
ナノロッドは、所定の縦横比（アスペクト比）を有する形状である。ナノロッド形状の導電性ナノ構造体（以下、「導電性ナノロッド構造体」ということがある）は、短軸と長軸に由来する二つの異なるプラズモン共鳴波長を有する。すなわち、それぞれの軸方向の自由電子振動に由来する共鳴モードを有する。導電性ナノロッド構造体を熱電変換膜に備えた熱電変換素子では、偏光方向が短軸又は長軸のいずれかに一致する光を吸収するので偏光応答性を有するものとなる。
また、複数の同じ導電性ナノロッド構造体を所定の複数の配向方向に並べてパターンとしてもよい。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, a conductive nanostructure having an anisotropic shape may be used.
A typical example of the anisotropic shape is a nanorod.
The nanorod has a shape having a predetermined aspect ratio (aspect ratio). A nanorod-shaped conductive nanostructure (hereinafter sometimes referred to as “conductive nanorod structure”) has two different plasmon resonance wavelengths derived from the short axis and the long axis. That is, it has a resonance mode derived from free electron vibration in each axial direction. A thermoelectric conversion element including a conductive nanorod structure in a thermoelectric conversion film absorbs light whose polarization direction coincides with either the short axis or the long axis, and thus has polarization response.
A plurality of the same conductive nanorod structures may be arranged in a predetermined plurality of orientation directions to form a pattern.

本発明の熱電変換素子において、複数の導電性ナノ構造体をランダムに配置してもよい。ランダム配置の導電性ナノ構造体群は容易に形成することができる。
「ランダムに配置」とは、後述する「規則的に配置」以外の配置を意味している。ランダムに配置する方法としては、例えば、有機熱電材料溶液に複数の導電性ナノ構造体を混ぜ合わせ、スピンコート法によって熱電変換材料を成膜する方法や、無機熱電材料をスパッタ・蒸着などで成膜する際に、導電性ナノ構造体の材料を同時スパッタ・蒸着して熱電変換膜内に導電性ナノ構造体を閉じ込めて熱電変換材料を成膜する方法が挙げられる。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, a plurality of conductive nanostructures may be randomly arranged. A group of randomly arranged conductive nanostructures can be easily formed.
“Randomly arranged” means an arrangement other than “regularly arranged” described later. Examples of the random arrangement method include a method in which a plurality of conductive nanostructures are mixed in an organic thermoelectric material solution and a thermoelectric conversion material is formed by spin coating, or an inorganic thermoelectric material is formed by sputtering or vapor deposition. A method of forming a thermoelectric conversion material by confining the conductive nanostructure in the thermoelectric conversion film by simultaneously sputtering and vapor-depositing the material of the conductive nanostructure when forming the film.

本発明の熱電変換素子において、複数の導電性ナノ構造体を規則的に配置してもよい。
規則的に配置する方法としては例えば、フォトリソグラフィによる、規則的な配置のパターニングが挙げられる。
規則的配置の導電性ナノ構造体群は、その規則性（例えば、周期性）ならではの応答特性を有する。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, a plurality of conductive nanostructures may be regularly arranged.
Examples of the regular arrangement method include regular arrangement patterning by photolithography.
The regularly arranged conductive nanostructure group has a response characteristic unique to its regularity (for example, periodicity).

導電性ナノ構造体のサイズについて、目安を例示するために直方体形状を例にとると、長さとしては１〜１００００ｎｍ、幅としては１〜１００００ｎｍ、高さとしては１〜１００００ｎｍとすることができる。 Taking a rectangular parallelepiped shape as an example of the size of the conductive nanostructure, the length may be 1 to 10,000 nm, the width may be 1 to 10,000 nm, and the height may be 1 to 10,000 nm. .

本発明の熱電変換素子において、複数の導電性ナノ構造体を備えた構成では、二個づつ、三個づつ、四個づつ等、ｎ個づつが近接して相互作用を有する二量体、三量体、四量体等、ｎ量体で構成された導電性ナノ構造体群とすることができる。
ｎ量体では、熱がたまりやすいので、発生した局所熱を効率的に活用できる。
例えば、可視光のプラズモン共鳴吸収を利用する場合、相互作用する隣接の導電性ナノ構造体間の距離は、０ｎｍ超え、４０ｎｍにすることが好ましく、１０ｎｍ以下にすることがより好ましい。また、赤外光のプラズモン共鳴吸収を利用する場合、相互作用する隣接の導電性ナノ構造体間の距離は、１ｎｍ以上、４０ｎｍ以下にすることが好ましく、１ｎｍ以上、２０ｎｍ以下にすることがより好ましい。 In the thermoelectric conversion element of the present invention, in a configuration including a plurality of conductive nanostructures, two dimmers, three trids, four quadrants, and the like are in close proximity to each other to interact with dimers, three It can be set as the conductive nanostructure group comprised by n-mers, such as a monomer and a tetramer.
In the n-mer, heat tends to accumulate, so that the generated local heat can be used efficiently.
For example, when using plasmon resonance absorption of visible light, the distance between adjacent conductive nanostructures that interact with each other is preferably greater than 0 nm, preferably 40 nm, and more preferably 10 nm or less. In the case of using plasmon resonance absorption of infrared light, the distance between adjacent conductive nanostructures that interact with each other is preferably 1 nm or more and 40 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 20 nm or less. preferable.

＜熱電変換膜＞
熱電変換膜１の材料としては、公知の有機熱電変換材料、無機熱電変換材料を用いることができる。
具体的には、有機熱電変換材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（3,4-エチレンジオキシチオフェン：ポリ（4-スチレンスルホン酸塩））、Ｐ３ＨＴ（3-ヘキシルチオフェン）、ポニフェニレンビニレン等の導電性ポリマーや、カーボンナノチューブなどの炭素材料などが挙げられる。また、無機熱電変換材料としては、金属酸化物系、テルル化合物系、シリコン化合物系、アンチモン化合物系などが挙げられる。 <Thermoelectric conversion membrane>
As the material of the thermoelectric conversion film 1, a known organic thermoelectric conversion material or inorganic thermoelectric conversion material can be used.
Specifically, as an organic thermoelectric conversion material, PEDOT: PSS (3,4-ethylenedioxythiophene: poly (4-styrenesulfonate)), P3HT (3-hexylthiophene), poniphenylenevinylene, etc. And carbon materials such as carbon nanotubes. Examples of the inorganic thermoelectric conversion material include metal oxides, tellurium compounds, silicon compounds, and antimony compounds.

熱電変換膜１の膜厚には特に制限はないが、目安を例示すれば、１０ｎｍ〜１００００ｎｍとすることができる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the film thickness of the thermoelectric conversion film 1, If it shows a standard, it can be set to 10 nm-10000 nm.

熱電変換膜の形成方法としては公知の方法を用いることができ、例えば、塗布、スピンコート、ディップコート、スプレーコート、蒸着法、スパッタ法などを用いることができる。無機系熱電変換材料による熱電変換膜の形成では例示した方法をすべて利用することができ、有機系熱電変換材料による熱電変換膜の形成では例示した方法のうち、スパッタ法以外の方法をすべて利用することができる。
塗布やスピンコート等のように、複数の導電性ナノ構造体を有機系熱電変換材料に混ぜることができる方法の場合には、混ぜた後に塗布、スピンコートを行うことにより、熱電変換膜の内部に導電性ナノ構造体が分散した構成とすることができる。 As a method for forming the thermoelectric conversion film, a known method can be used. For example, coating, spin coating, dip coating, spray coating, vapor deposition, sputtering, or the like can be used. All of the exemplified methods can be used for the formation of the thermoelectric conversion film with the inorganic thermoelectric conversion material, and all the methods other than the sputtering method are used for the formation of the thermoelectric conversion film with the organic thermoelectric conversion material. be able to.
In the case of a method in which a plurality of conductive nanostructures can be mixed with an organic thermoelectric conversion material, such as coating or spin coating, the inside of the thermoelectric conversion film can be obtained by performing coating and spin coating after mixing. The conductive nanostructure can be dispersed in the structure.

＜基板＞
本発明の熱電変換素子では基板は必須ではないが、本発明の熱電変換素子では基を基板上に作製する場合、その基板としては例えば、ソーダライムガラスなどを用いることができる。
用途に応じて基板を選択できるが、全体としてフレキシブル（柔軟な）ものにしたい場合には、フレキシブルな基板として例えば、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。逆に全体として剛性な者にしたい場合には例えば、サファイア基板、石英基板、シリコン基板などを用いることができる。 <Board>
In the thermoelectric conversion element of the present invention, a substrate is not essential, but in the case of producing the base on the substrate in the thermoelectric conversion element of the present invention, for example, soda lime glass can be used.
Although a substrate can be selected according to the application, when it is desired to make the substrate flexible as a whole, for example, polyethylene terephthalate, cycloolefin polymer, or the like can be used as the flexible substrate. On the contrary, when it is desired to make the whole rigid, for example, a sapphire substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, or the like can be used.

基板を用いず、熱電変換素子を自立膜とすることができる。
自立膜にする方法としては例えば、基板上に犠牲層を形成し、その上に熱電変換膜及び導電性ナノ構造体（必要に応じて電極も）を形成する。ここで、犠牲層を溶解すると、熱電変換素子が基板から剥離し、自立膜となる。 The thermoelectric conversion element can be a self-supporting film without using a substrate.
As a method for forming a self-supporting film, for example, a sacrificial layer is formed on a substrate, and a thermoelectric conversion film and a conductive nanostructure (and electrodes if necessary) are formed thereon. Here, when the sacrificial layer is dissolved, the thermoelectric conversion element is peeled from the substrate and becomes a self-supporting film.

＜表面保護膜＞
本発明の熱電変換素子において、導電性ナノ構造体を熱電変換膜の表面に形成した場合には、表面保護膜を形成してもよい。表面保護膜の材料としては、プラズモン共鳴波長を透過する材料であれば、電子デバイス等の表面保護膜として用いられている公知の材料のものを用いることができる。
かかる表面保護膜は、導電性ナノ構造体を熱電変換膜の内部に埋没される構成において、導電性ナノ構造体を形成した領域において導電性ナノ構造体が熱電変換膜から露出するように開口を形成して、その開口を保護するために設けてもよい。 <Surface protective film>
In the thermoelectric conversion element of the present invention, when the conductive nanostructure is formed on the surface of the thermoelectric conversion film, a surface protective film may be formed. As the material for the surface protective film, any known material used as a surface protective film for an electronic device or the like can be used as long as it is a material that transmits a plasmon resonance wavelength.
Such a surface protective film has an opening so that the conductive nanostructure is exposed from the thermoelectric conversion film in a region where the conductive nanostructure is formed in a configuration in which the conductive nanostructure is buried inside the thermoelectric conversion film. It may be formed and provided to protect the opening.

図３は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 3 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図３（ａ）に示す熱電変換素子２０Ａは、熱電変換膜１と、熱電変換膜１の一部の表面１Ａに配設された導電性ナノ構造体１２と、所定の間隔で離間して配置し、熱電変換膜１で発生した電流又は電圧を取り出す一対の電極３Ａ、３Ｂ（以下、符号３Ａを第１電極、符号３Ｂを第２電極と称する場合がある）とを備え、一対の電極３Ａ、３Ｂは熱電変換膜１の一方の面１Ａ上に設けられ、導電性ナノ構造体１２が一対の電極３Ａ、３Ｂのうちの一方の電極である第１電極３Ａ寄りに配置している。また、熱電変換膜１は基板５上に形成されている。
導電性ナノ構造体１２が配置する熱発生部と第１電極３Ａとの間の距離と、導電性ナノ構造体１２が配置する熱発生部と第２電極３Ｂとの間の距離とが非対称になっているので、電極間に電圧が発生または電流が流れ得る。 The thermoelectric conversion element 20A shown in FIG. 3A is arranged with a predetermined interval from the thermoelectric conversion film 1 and the conductive nanostructure 12 arranged on a part of the surface 1A of the thermoelectric conversion film 1. And a pair of electrodes 3A and 3B for taking out the current or voltage generated in the thermoelectric conversion film 1 (hereinafter, reference numeral 3A may be referred to as a first electrode and reference numeral 3B may be referred to as a second electrode). 3B is provided on one surface 1A of the thermoelectric conversion film 1, and the conductive nanostructure 12 is disposed near the first electrode 3A which is one of the pair of electrodes 3A and 3B. The thermoelectric conversion film 1 is formed on the substrate 5.
The distance between the heat generating portion arranged by the conductive nanostructure 12 and the first electrode 3A and the distance between the heat generating portion arranged by the conductive nanostructure 12 and the second electrode 3B are asymmetric. Therefore, a voltage or current can flow between the electrodes.

第１電極３Ａ及び第２電極３Ｂとしては公知の電極材料のものを用いることができる。 As the first electrode 3A and the second electrode 3B, those of known electrode materials can be used.

図３（ａ）に示す熱電変換素子２０Ａでは、導電性ナノ構造体１２は第１電極３Ａと第２電極３Ｂとの間の第１電極３Ａ寄りに配置しているのに対して、図３（ｂ）に示す熱電変換素子２０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２が第１電極３Ａと第２電極３Ｂとを結ぶ方向において、第２電極３Ｂから遠い側の第１電極３Ａの近傍に配置している点が異なる。 In the thermoelectric conversion element 20A shown in FIG. 3A, the conductive nanostructure 12 is disposed near the first electrode 3A between the first electrode 3A and the second electrode 3B, whereas in FIG. In the thermoelectric conversion element 20B shown in (b), the conductive nanostructure 12 is arranged in the vicinity of the first electrode 3A farther from the second electrode 3B in the direction connecting the first electrode 3A and the second electrode 3B. Is different.

プラズモニック構造体である導電性ナノ構造体で発生した局所熱は熱伝導率が高い媒体の方へ伝搬しやすい。そこで、図３に示した構成のように、熱電変換膜以外に導電性ナノ構造体に接する媒体がある場合（図３に示す構成では、空気。その他、基板など）、熱電と接する媒体（ガラス基板や空気など）には、その媒体が熱電変換膜の材料よりも熱伝導率が低いものとなるように、デバイス設計をすると、発生したプラズモン局所熱の多くが熱電変換に伝搬し、熱電変換に寄与する。 Local heat generated in the conductive nanostructure, which is a plasmonic structure, easily propagates toward a medium having high thermal conductivity. Therefore, when there is a medium in contact with the conductive nanostructure other than the thermoelectric conversion film as in the configuration shown in FIG. 3 (in the configuration shown in FIG. 3, air, other substrate, etc.), the medium in contact with the thermoelectric (glass When designing a device so that the medium has a lower thermal conductivity than the material of the thermoelectric conversion film, most of the generated plasmon local heat propagates to the thermoelectric conversion, and the thermoelectric conversion Contribute to.

本実施形態の熱電変換素子では、光検出機能が、電極、熱電変換膜、および導電性ナノ構造体の配置の設計に制限されないため、設計自由度の高い素子を開発できる。導電性ナノ構造体のみが光照射を受けられる自由空間に存在し、そしてそこに光が照射していれば、残りの部分を所定の部材に埋め込まれている構成とした場合でも、光検出を行うことが可能である。 In the thermoelectric conversion element of the present embodiment, the light detection function is not limited to the design of the arrangement of the electrode, the thermoelectric conversion film, and the conductive nanostructure, so that an element with a high degree of design freedom can be developed. If only conductive nanostructures exist in free space that can be irradiated with light, and light is irradiated there, light detection is possible even when the remaining part is embedded in a predetermined member. Is possible.

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す熱電変換素子３０ＡＡ、３０ＢＢはそれぞれ、図３（ａ）、図３（ｂ）に対応する構成であり、図３（ａ）、図３（ｂ）に示した熱電変換素子３０Ａ、３０Ｂとの違いは、熱電変換膜１と基板５との間に断熱層６を備える点である。 The thermoelectric conversion elements 30AA and 30BB shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) have configurations corresponding to FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively, and FIGS. 3 (a) and 3 (b). The difference from the thermoelectric conversion elements 30 </ b> A and 30 </ b> B shown in () is that a heat insulating layer 6 is provided between the thermoelectric conversion film 1 and the substrate 5.

導電性ナノ構造体１２からなるプラズモニック構造を熱伝導率の低い断熱層６上に形成し、その上に熱電変換膜を形成する構成とすることにより、プラズモン局所熱が効率的に熱電材料に与えられるようにすることができる。
断熱層６としては、ポリマー、多孔質材料等の熱伝導率の低い材料のものを用いることができる。ポリマーとしては、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリスチレン・ポリ塩化ビニル・ポリカーボネート・ＡＳ樹脂・エポキシ樹脂・ポリウレタン樹脂など、熱伝導率が低いポリマー材料を例示できる。また、多孔質膜材料としては、多孔質アルミナ・多孔質シリカ・多孔質チタニアなどを例示できる。
熱伝導率が低ければ無機・有機材料の種別は問わない。 By forming a plasmonic structure composed of the conductive nanostructures 12 on the heat insulating layer 6 having a low thermal conductivity and forming a thermoelectric conversion film thereon, the plasmon local heat is efficiently converted into a thermoelectric material. Can be given.
As the heat insulation layer 6, a material having a low thermal conductivity such as a polymer or a porous material can be used. Examples of the polymer include polymer materials having low thermal conductivity such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride, polycarbonate, AS resin, epoxy resin, and polyurethane resin. Examples of the porous membrane material include porous alumina, porous silica, and porous titania.
If the thermal conductivity is low, the type of inorganic / organic material is not limited.

図５は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 5 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図５（ａ）に示す熱電変換素子３０Ａは、熱電変換膜１と、熱電変換膜１の一部の内部に配設された導電性ナノ構造体１２Ａと、所定の間隔で離間して配置し、熱電変換膜１で発生した電流又は電圧を取り出す一対の電極３Ａ、３Ｂ（以下、符号３Ａを第１電極、符号３Ｂを第２電極と称する場合がある）とを備え、一対の電極３Ａ、３Ｂは熱電変換膜１の一方の面１Ａ上に設けられ、導電性ナノ構造体１２Ａが一対の電極３Ａ、３Ｂのうちの第１電極３Ａ寄りに配置している。 The thermoelectric conversion element 30A shown in FIG. 5A is arranged with a predetermined distance from the thermoelectric conversion film 1 and the conductive nanostructure 12A arranged inside a part of the thermoelectric conversion film 1. A pair of electrodes 3A and 3B (hereinafter, reference numeral 3A may be referred to as a first electrode and reference numeral 3B may be referred to as a second electrode) for taking out a current or voltage generated in the thermoelectric conversion film 1, and a pair of electrodes 3A, 3B is provided on one surface 1A of the thermoelectric conversion film 1, and the conductive nanostructure 12A is disposed near the first electrode 3A of the pair of electrodes 3A and 3B.

図５（ａ）に示す熱電変換素子３０Ａでは、導電性ナノ構造体１２Ａは第１電極３Ａと第２電極３Ｂとの間の第１電極３Ａ寄りに配置しているのに対して、図５（ｂ）に示す熱電変換素子３０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２Ａが第１電極３Ａと第２電極３Ｂとを結ぶ方向において、第２電極３Ｂから遠い側の第１電極３Ａの近傍に配置している点が異なる。 In the thermoelectric conversion element 30A shown in FIG. 5A, the conductive nanostructure 12A is disposed near the first electrode 3A between the first electrode 3A and the second electrode 3B, whereas in FIG. In the thermoelectric conversion element 30B shown in (b), the conductive nanostructure 12A is arranged in the vicinity of the first electrode 3A farther from the second electrode 3B in the direction connecting the first electrode 3A and the second electrode 3B. Is different.

プラズモニック構造である導電性ナノ構造体を熱電変換膜内に埋没するように形成する場合、形成した熱電変換材料層上に導電性ナノ構造体を形成し、さらに溶液塗布・スパッタ・蒸着などの手法により導電性ナノ構造体を挟み込むように熱電変換材料層を形成してデバイスを作製することができる。この場合、プラズモニック構造の光吸収を著しく妨げない程度、厚み数ｎｍから数μｍ程度の範囲の熱電変換材料層を、プラズモニック構造上に形成するとよい。 When forming a conductive nanostructure that is a plasmonic structure so as to be buried in a thermoelectric conversion film, the conductive nanostructure is formed on the formed thermoelectric conversion material layer, and solution coating, sputtering, vapor deposition, etc. A device can be manufactured by forming a thermoelectric conversion material layer so as to sandwich the conductive nanostructure by a technique. In this case, a thermoelectric conversion material layer having a thickness in the range of several nm to several μm is preferably formed on the plasmonic structure so as not to significantly disturb the light absorption of the plasmonic structure.

図６は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 6 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図６（ａ）に示す熱電変換素子４０Ａは、熱電変換膜１と、熱電変換膜１の一部の表面１Ａに配設された導電性ナノ構造体１２と、所定の間隔で離間して配置し、熱電変換膜１で発生した電流又は電圧を取り出す一対の電極１３Ａ、１３Ｂ（以下、符号１３Ａを第１電極、符号１３Ｂを第２電極と称する場合がある）とを備え、一対の電極１３Ａ、１３Ｂはそれぞれ、熱電変換膜１の異なる面１Ａ、１Ｂ上に設けられ、導電性ナノ構造体１２が一対の電極１３Ａ、１３Ｂのうちの第１電極１３Ａ寄りに配置している。
導電性ナノ構造体１２が配置する熱発生部と第１電極１３Ａとの間の距離と、導電性ナノ構造体１２が配置する熱発生部と第２電極１３Ｂとの間の距離とが非対称になっているので、電極間に電圧が発生または電流が流れ得る。 A thermoelectric conversion element 40A shown in FIG. 6A is arranged at a predetermined interval from the thermoelectric conversion film 1 and the conductive nanostructure 12 arranged on a part of the surface 1A of the thermoelectric conversion film 1. And a pair of electrodes 13A and 13B (hereinafter, reference numeral 13A may be referred to as a first electrode and reference numeral 13B may be referred to as a second electrode) from which a current or voltage generated in the thermoelectric conversion film 1 is extracted. , 13B are provided on different surfaces 1A, 1B of the thermoelectric conversion film 1, and the conductive nanostructure 12 is disposed near the first electrode 13A of the pair of electrodes 13A, 13B.
The distance between the heat generation part arranged by the conductive nanostructure 12 and the first electrode 13A and the distance between the heat generation part arranged by the conductive nanostructure 12 and the second electrode 13B are asymmetric. Therefore, a voltage or current can flow between the electrodes.

第１電極１３Ａ及び第２電極１３Ｂとしては公知の電極材料のものを用いることができる。 A well-known electrode material can be used as the first electrode 13A and the second electrode 13B.

図６（ａ）に示す熱電変換素子４０Ａでは、熱電変換膜１の膜面に直交する方向から平面視したときに、導電性ナノ構造体１２Ａは第１電極１３Ａと第２電極１３Ｂとの間の第１電極１３Ａ寄りに配置しているのに対して、図６（ｂ）に示す熱電変換素子４０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２Ａが第１電極１３Ａと第２電極１３Ｂとを結ぶ方向において、第２電極１３Ｂから遠い側の第１電極１３Ａの近傍に配置している点が異なる。また、図６（ｃ）に示す熱電変換素子４０Ｃでは、熱電変換膜１の膜面に直交する方向から平面視したときに、第１電極１３Ａと第２電極１３Ｂとは重なるように配置する点が、図６（ａ）に示す熱電変換素子４０Ａと異なる。 In the thermoelectric conversion element 40A shown in FIG. 6A, when viewed in a plan view from a direction orthogonal to the film surface of the thermoelectric conversion film 1, the conductive nanostructure 12A is located between the first electrode 13A and the second electrode 13B. 6B, in the thermoelectric conversion element 40B shown in FIG. 6B, in the direction in which the conductive nanostructure 12A connects the first electrode 13A and the second electrode 13B. The difference is that it is arranged in the vicinity of the first electrode 13A on the side far from the second electrode 13B. Further, in the thermoelectric conversion element 40C shown in FIG. 6C, the first electrode 13A and the second electrode 13B are arranged so as to overlap when viewed in a plan view from a direction orthogonal to the film surface of the thermoelectric conversion film 1. However, it is different from the thermoelectric conversion element 40A shown in FIG.

図６（ａ）〜（ｃ）に示した熱電変換素子では、導電性ナノ構造体は熱電変換膜１の一部の一面上に設けたが、熱電変換膜１の一部の内部に設けてもよい。 In the thermoelectric conversion elements shown in FIGS. 6A to 6C, the conductive nanostructure is provided on a part of the thermoelectric conversion film 1, but is provided inside a part of the thermoelectric conversion film 1. Also good.

本実施形態の熱電変換素子では、例えば、フレキシブルな熱電変換素子とすることによって、曲面や人体に装着できるウェアラブルな素子となる。この場合、装着する面の平面性や曲面性に左右されずに素子を活用できる。 In the thermoelectric conversion element according to the present embodiment, for example, by using a flexible thermoelectric conversion element, the wearable element can be worn on a curved surface or a human body. In this case, the element can be utilized without being influenced by the flatness or curvedness of the surface to be mounted.

図７は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 7 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図７（ａ）に示す熱電変換素子５０Ａは、熱電変換膜１と、熱電変換膜１の一部の表面１Ａに配設された導電性ナノ構造体１２と、熱電変換膜１を挟むように、熱電変換膜１の第１面及び第２面のそれぞれに設けられ、熱電変換膜１で発生した電流又は電圧を取り出す一対の電極の電極２３Ａ、２３Ｂ（以下、符号２３Ａを第１電極、符号２３Ｂを第２電極と称する場合がある）と、熱電変換膜１の第１面側に配設された導電性ナノ構造体１２と、を備える。導電性ナノ構造体１２の配置についてより詳細に述べると、第１電極２３Ａ上に配置している。
なお、図７では、使用例として、第１電極及び第２電極につながる配線と負荷も図示している。 The thermoelectric conversion element 50A shown in FIG. 7A sandwiches the thermoelectric conversion film 1, the conductive nanostructure 12 disposed on a part of the surface 1A of the thermoelectric conversion film 1, and the thermoelectric conversion film 1. The electrodes 23A and 23B of a pair of electrodes provided on each of the first surface and the second surface of the thermoelectric conversion film 1 and taking out the current or voltage generated in the thermoelectric conversion film 1 (hereinafter, reference numeral 23A is the first electrode, 23B may be referred to as a second electrode) and a conductive nanostructure 12 disposed on the first surface side of the thermoelectric conversion film 1. More specifically, the arrangement of the conductive nanostructure 12 is arranged on the first electrode 23A.
In addition, in FIG. 7, the wiring and load connected to a 1st electrode and a 2nd electrode are also illustrated as an example of use.

図７（ａ）に示す熱電変換素子５０Ａでは、光照射により導電性ナノ構造体１２でプラズモン共鳴時に発生した局所熱は、第１電極２３Ａを介して熱電変換膜１の第１面側に伝わり、熱電変換膜１の第１面側と第２面側との間に温度差を作り出し、熱電変換膜１の第１面と第２面との間に起電力を生ぜしめる。 In the thermoelectric conversion element 50A shown in FIG. 7A, local heat generated at the time of plasmon resonance in the conductive nanostructure 12 by light irradiation is transmitted to the first surface side of the thermoelectric conversion film 1 via the first electrode 23A. A temperature difference is created between the first surface side and the second surface side of the thermoelectric conversion film 1, and an electromotive force is generated between the first surface and the second surface of the thermoelectric conversion film 1.

図７（ａ）に示す熱電変換素子５０Ａでは、導電性ナノ構造体１２は第１電極２３Ａ上に配置しているのに対して、図７（ｂ）に示す熱電変換素子５０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２Ａは熱電変換膜１の内部に配置し、光が照射される側の第１電極２３Ａａが透明電極である点が異なる。第１電極２３Ａａは透明電極として公知の材料のものを用いることができる。 In the thermoelectric conversion element 50A shown in FIG. 7A, the conductive nanostructure 12 is disposed on the first electrode 23A, whereas in the thermoelectric conversion element 50B shown in FIG. The nanostructure 12A is arranged inside the thermoelectric conversion film 1 and is different in that the first electrode 23Aa on the side irradiated with light is a transparent electrode. The first electrode 23Aa can be made of a known material as a transparent electrode.

図７（ｂ）に示す熱電変換素子５０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２Ａが配置する熱発生部と第１電極２３Ａａとの間の距離と、導電性ナノ構造体１２Ａが配置する熱発生部と第２電極２３Ｂとの間の距離とが非対称になっているので、電極間に電圧が発生または電流が流れ得る。 In the thermoelectric conversion element 50B shown in FIG. 7 (b), the distance between the heat generating portion arranged by the conductive nanostructure 12A and the first electrode 23Aa, the heat generating portion arranged by the conductive nanostructure 12A, and Since the distance between the second electrode 23B and the second electrode 23B is asymmetric, a voltage may be generated or a current may flow between the electrodes.

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した熱電変換素子は、熱電変換膜１の膜面に直交する方向から平面視したときに、第１電極、熱電変換膜及び第２電極が完全に重なっているが、それらのいずれかが平面視の大きさが異なって、重ならない部分がある構成であってもよい。 The thermoelectric conversion element shown in FIG. 7A and FIG. 7B has the first electrode, the thermoelectric conversion film, and the second electrode completely when viewed from the direction orthogonal to the film surface of the thermoelectric conversion film 1. However, any of them may have a different size in plan view and may have a portion that does not overlap.

本実施形態の熱電変換素子では、細長状の熱電変換素子とすることができるため、光検出部（面）の高密度集積化が可能になる。例えば、検出する光源に対向して、異なるプラズモン共鳴波長の複数の熱電変換素子を並べて、異なる波長の光を検出する光検出器とすることができる。 In the thermoelectric conversion element of this embodiment, since it can be set as an elongate thermoelectric conversion element, the photodetection part (surface) can be integrated at high density. For example, a plurality of thermoelectric conversion elements having different plasmon resonance wavelengths may be arranged opposite to the light source to be detected to provide a photodetector that detects light of different wavelengths.

図８は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 8 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図８（ａ）に示す熱電変換素子６０Ａは、熱電変換材１１と、熱電変換材１１を挟むように、熱電変換材１１の第１端面１１ａ及び第２端面１１ｂのそれぞれに設けられ、熱電変換材１１で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極３３Ａ，３３Ｂ（以下、符号３３Ａを第１電極、符号３３Ｂを第２電極と称する場合がある）と、熱電変換材１１の第１端面１１ａ側に配設された導電性ナノ構造体１２と、を備えている。
導電性ナノ構造体１２の配置についてより詳細に述べると、熱電変換材１１の第１端面１１ａに配設し、その上に導電性ナノ構造体１２を覆うように第１端面１１ａ上に透明電極である第１電極３３Ａが形成されている。導電性ナノ構造体１２は第１端面１１ａに接していてもいなくてもよい。第１電極３３Ａは透明電極として公知の材料のものを用いることができる。
なお、図８では、使用例として、第１電極及び第２電極につながる配線と負荷も図示している。 The thermoelectric conversion element 60A shown in FIG. 8A is provided on each of the thermoelectric conversion material 11 and the first end surface 11a and the second end surface 11b of the thermoelectric conversion material 11 so as to sandwich the thermoelectric conversion material 11. A pair of electrodes 33A and 33B for extracting heat generated in the material 11 as current or voltage (hereinafter, the reference 33A may be referred to as a first electrode and the reference 33B as a second electrode), and the first of the thermoelectric conversion material 11 And a conductive nanostructure 12 disposed on the one end face 11a side.
The arrangement of the conductive nanostructure 12 will be described in more detail. A transparent electrode is disposed on the first end surface 11a so as to cover the conductive nanostructure 12 on the first end surface 11a of the thermoelectric conversion material 11. The first electrode 33A is formed. The conductive nanostructure 12 may or may not be in contact with the first end face 11a. The first electrode 33A can be made of a known material as a transparent electrode.
In addition, in FIG. 8, the wiring and load connected to a 1st electrode and a 2nd electrode are also illustrated as an example of use.

図８（ａ）に示す熱電変換素子６０Ａでは、導電性ナノ構造体１２Ａは熱電変換材１１の外に配置しているが、熱電変換材１１の内部の第１端面１１ａ寄り（あるいは、第１電極３３Ａａ寄り）の位置に配置してもよい。この場合、導電性ナノ構造体１２Ａの第１端面１１ａからの深さ位置は、照射される光が届く程度である必要がある。
導電性ナノ構造体１２Ａが熱電変換材１１内において第１端面１１ａ寄りに配置することにより、導電性ナノ構造体１２Ａが配置する熱発生部と第１電極３３Ａａとの間の距離と、導電性ナノ構造体１２Ａが配置する熱発生部と第２電極３３Ｂとの間の距離とが非対称になり、電極間に電圧が発生または電流が流れ得る。 In the thermoelectric conversion element 60 </ b> A shown in FIG. 8A, the conductive nanostructure 12 </ b> A is disposed outside the thermoelectric conversion material 11, but closer to the first end surface 11 a inside the thermoelectric conversion material 11 (or the first It may be arranged at a position near the electrode 33Aa. In this case, the depth position from the first end face 11a of the conductive nanostructure 12A needs to be such that the irradiated light can reach.
By disposing the conductive nanostructure 12A closer to the first end face 11a in the thermoelectric conversion material 11, the distance between the heat generation portion disposed by the conductive nanostructure 12A and the first electrode 33Aa, and the conductivity The distance between the heat generation part arranged by the nanostructure 12A and the second electrode 33B becomes asymmetric, and voltage or current can flow between the electrodes.

＜熱電変換材＞
熱電変換材の材料としては、上述の熱電変換膜の材料と同じものを用いることができる。
熱電変換材は、端面に電極を形成できる形状のものであれば、その形状に制限はない。バルク形状のものとして、図８に示す丸棒（丸ロッド）状や円以外の断面を有する棒状、板状、柱状のものなどを例示できる。 <Thermoelectric conversion material>
As the material of the thermoelectric conversion material, the same material as that of the above-described thermoelectric conversion film can be used.
As long as the thermoelectric conversion material has a shape capable of forming an electrode on the end face, the shape is not limited. Examples of the bulk shape include a round rod (round rod) shape shown in FIG. 8, a rod shape having a cross section other than a circle, a plate shape, and a column shape.

図８（ａ）に示す熱電変換素子６０Ａでは、導電性ナノ構造体１２Ａが熱電変換材１１の第１端面１１ａ上あるいは第１電極３３Ａａ内に配置しているのに対して、図８（ｂ）に示す熱電変換素子６０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２が第１電極３３Ａａ上に配置している点が異なる。
図８（ｂ）では、第１電極を透明電極としているが、透明電極でも金属電極でもどちらでもよい。 In the thermoelectric conversion element 60A shown in FIG. 8A, the conductive nanostructure 12A is disposed on the first end face 11a of the thermoelectric conversion material 11 or in the first electrode 33Aa, whereas FIG. The thermoelectric conversion element 60B shown in FIG. 3 is different in that the conductive nanostructure 12 is disposed on the first electrode 33Aa.
In FIG. 8B, the first electrode is a transparent electrode, but it may be either a transparent electrode or a metal electrode.

また、図８（ｃ）に示す熱電変換素子６０Ｃでは、第１電極３３Ａ上に他の層７を挟んでその層７の上に導電性ナノ構造体１２が形成されている点で、図８（ａ）に示す熱電変換素子６０Ａと異なる。他の層７としては、熱伝導率が高い材料からなるのが好ましい。具体的には、金属・カーボン素材（カーボンナノチューブや人工黒鉛など）・シリコン・水晶・ガラスなどを例示できる。 Further, in the thermoelectric conversion element 60C shown in FIG. 8C, the conductive nanostructure 12 is formed on the layer 7 with the other layer 7 sandwiched between the first electrode 33A. Different from the thermoelectric conversion element 60A shown in FIG. The other layer 7 is preferably made of a material having high thermal conductivity. Specific examples include metals, carbon materials (such as carbon nanotubes and artificial graphite), silicon, quartz, and glass.

本実施形態の熱電変換素子では、電流検出部が光入射面の奥行き方向に設置されるため、光検出部（面）の高密度集積化が可能になる。例えば、検出する光源に対向する平面に複数ピクセルが配置する多眼センサすなわち、本実施形態の熱電変換素子が複数並んで配置する多眼センサとすることができる。 In the thermoelectric conversion element of this embodiment, since the current detection unit is installed in the depth direction of the light incident surface, it is possible to integrate the light detection unit (surface) with high density. For example, a multi-eye sensor in which a plurality of pixels are arranged on a plane facing a light source to be detected, that is, a multi-eye sensor in which a plurality of thermoelectric conversion elements of the present embodiment are arranged side by side can be used.

図９は、本発明の他の実施形態にかかる熱電変換素子を模式的に示した斜視図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 9 is a perspective view schematically showing a thermoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

図９（ａ）に示す熱電変換素子７０Ａは、長軸が並んで配置する複数の丸棒状の熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・と、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・を挟むように、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・及び第２端面２１Ａｂ、２１Ｂｂ、・・・のそれぞれに設けられ、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極４３Ａ，４３Ｂ（以下、符号４３Ａを第１電極、符号４３Ｂを第２電極と称する場合がある）と、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・側に配設された導電性ナノ構造体１２と、を備えている。
図９（ａ）に示す熱電変換素子７０Ａでは、複数の丸棒状の熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・は絶縁材料層２２に分散して配置する構成であり、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・、及び、絶縁材料層２２の第１端面２２ａ上に、複数の導電性ナノ構造体１２が離間して配置され、複数の導電性ナノ構造体１２を覆うように、透明電極である第１電極４３Ａが形成されている。 The thermoelectric conversion element 70A shown in FIG. 9A sandwiches a plurality of round bar-shaped thermoelectric conversion materials 21A, 21B,... And thermoelectric conversion materials 21A, 21B,. Are provided on the first end surfaces 21Aa, 21Ba,... And the second end surfaces 21Ab, 21Bb,... Of the thermoelectric conversion materials 21A, 21B,. A pair of electrodes 43A and 43B (hereinafter, the reference 43A may be referred to as a first electrode and the reference 43B as a second electrode), and thermoelectric conversion materials 21A, 21B,. The first end faces 21Aa, 21Ba,... Of the conductive nanostructures 12 are provided.
In the thermoelectric conversion element 70A shown in FIG. 9A, a plurality of round bar-shaped thermoelectric conversion materials 21A, 21B,... Are arranged in a dispersed manner in the insulating material layer 22, and the thermoelectric conversion materials 21A, 21B, The plurality of conductive nanostructures 12 are spaced apart from each other on the first end surfaces 21Aa, 21Ba,... And the first end surface 22a of the insulating material layer 22, and a plurality of conductive nanostructures are formed. A first electrode 43A, which is a transparent electrode, is formed so as to cover the body 12.

丸棒状の熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・はそれぞれ、筒状部材に熱電変換材料を充填したものであってもよい。 Each of the round bar-shaped thermoelectric conversion materials 21A, 21B,... May be a cylindrical member filled with a thermoelectric conversion material.

図９（ａ）に示す熱電変換素子７０Ａでは、複数の導電性ナノ構造体１２が熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・以外に、絶縁材料層２２の第１端面２２ａ上にも配設されている構成であったのに対して、図９（ｂ）に示す熱電変換素子７０Ｂでは、導電性ナノ構造体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ，１２ｆがそれぞれ、熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・上にのみ配設され、絶縁材料層２２の第１端面２２ａ上には配設されていない点が異なる。熱電変換材２１Ａ、２１Ｂ、・・・の第１端面２１Ａａ、２１Ｂａ、・・・のそれぞれに配設された導電性ナノ構造体１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ，１２ｆについて、互いにプラズモン共鳴波長が異なるようにサイズや形状を制御したものを用いることによって、異なる波長の光を検出するものとすることができる。 In the thermoelectric conversion element 70A shown in FIG. 9A, the plurality of conductive nanostructures 12 include the insulating material layer 22 in addition to the first end faces 21Aa, 21Ba,... Of the thermoelectric conversion materials 21A, 21B,. In the thermoelectric conversion element 70B shown in FIG. 9B, the conductive nanostructures 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, and the like are disposed on the first end face 22a. 12f is disposed only on the first end surfaces 21Aa, 21Ba,... Of the thermoelectric conversion materials 21A, 21B,..., And is not disposed on the first end surface 22a of the insulating material layer 22. Is different. The conductive nanostructures 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, and 12f disposed on the first end faces 21Aa, 21Ba,... Of the thermoelectric conversion materials 21A, 21B,. It is possible to detect light of different wavelengths by using ones whose sizes and shapes are controlled so as to be different from each other.

図９（ａ）及び（ｂ）に示す熱電変換素子において、各熱電変換素子要素について、図８（ａ）〜（ｃ）のいずれかの構成を採用することができる。 In the thermoelectric conversion elements shown in FIGS. 9A and 9B, any one of the structures shown in FIGS. 8A to 8C can be adopted for each thermoelectric conversion element element.

図９（ｂ）に示す熱電変換素子においては、複数の丸棒状の熱電変換材を備え、各熱電変換材ごとに異なるプラズモン共鳴波長を有する導電性ナノ構造体を備える構成とすることで異なる波長の光を検出可能としたが、図１０に示す熱電変換素子１００のように、複数の熱電変換膜３１ａ、３１ｂ、３１ｃを備え、各熱電変換膜ごとに異なるプラズモン共鳴波長を有する導電性ナノ構造体を備える構成とすることで同様に、異なる波長の光が検出可能となる。 In the thermoelectric conversion element shown in FIG. 9 (b), different wavelengths are provided by including a plurality of round bar-shaped thermoelectric conversion materials and a conductive nanostructure having a different plasmon resonance wavelength for each thermoelectric conversion material. However, the thermoelectric conversion element 100 includes a plurality of thermoelectric conversion films 31a, 31b, and 31c, and has a different plasmon resonance wavelength for each thermoelectric conversion film. Similarly, it becomes possible to detect light of different wavelengths by adopting a configuration including a body.

図１１は、本発明の一実施形態にかかる熱電変換素子２００を模式的に示した断面図である。上記実施形態と同じ符号を用いた部材は同じ構成を有するものであり、説明を省略することがある。また、上記実施形態と符号が異なっていても機能が同じ部材については説明を省略する場合がある。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a thermoelectric conversion element 200 according to an embodiment of the present invention. The members using the same reference numerals as those in the above embodiment have the same configuration and may not be described. In addition, description of members having the same functions even if the reference numerals are different from those of the above embodiment may be omitted.

熱電変換素子２００は、熱電変換膜２０１と、熱電変換膜２０１の一部の内部又は表面に配設された導電性ナノ構造体２０２と、導電性ナノ構造体２０２と共に、熱電変換膜２０１を挟み込むように配置する金属薄膜２０４と、からなる完全吸収メタマテリアル構造２００を備えている。
導電性ナノ構造体２０２及び金属薄膜２０４は、電極として用いることもできる。 The thermoelectric conversion element 200 sandwiches the thermoelectric conversion film 201 together with the thermoelectric conversion film 201, the conductive nanostructure 202 disposed inside or on a part of the thermoelectric conversion film 201, and the conductive nanostructure 202. And a fully absorbing metamaterial structure 200 comprising the metal thin film 204 arranged in this manner.
The conductive nanostructure 202 and the metal thin film 204 can also be used as electrodes.

本明細書において、完全吸収とは、８０％以上の光吸収特性を有することをいうものとする。メタマテリアル完全吸収構造とは、入射光を８０％以上の光を閉じ込めることができるものである。 In this specification, complete absorption means having light absorption characteristics of 80% or more. The metamaterial complete absorption structure is capable of confining 80% or more of incident light.

熱電変換素子２００において、メタマテリアル完全吸収構造は入射光を１００％近く閉じ込めることができ、導電性ナノ構造体２０２と金属薄膜２０４との間に高い熱が生じる。
そのため、導電性ナノ構造体２０２と金属薄膜２０４との間に挟まれた熱電変換膜の一端が加熱されて温度差が生じ、ゼーベック効果によって熱電変換素子の両端間には起電力が発生する。
熱電変換素子２００は、導電性ナノ構造体のプラズモン共鳴時に発生する局所熱を動力源として機能する熱電変換素子である。
熱電変換素子２００は、実際の使用の際に、従来の熱電変換素子あるいは熱電変換モジュールが備えている高温部や低温部、高温熱源や低温熱源を必要としない。 In the thermoelectric conversion element 200, the metamaterial complete absorption structure can confine incident light nearly 100%, and high heat is generated between the conductive nanostructure 202 and the metal thin film 204.
Therefore, one end of the thermoelectric conversion film sandwiched between the conductive nanostructure 202 and the metal thin film 204 is heated to cause a temperature difference, and an electromotive force is generated between both ends of the thermoelectric conversion element due to the Seebeck effect.
The thermoelectric conversion element 200 is a thermoelectric conversion element that functions as a power source using local heat generated during plasmon resonance of the conductive nanostructure.
The thermoelectric conversion element 200 does not require a high temperature part or a low temperature part, a high temperature heat source, or a low temperature heat source included in a conventional thermoelectric conversion element or thermoelectric conversion module in actual use.

＜金属薄膜＞
金属薄膜２０４の材料としては、特に限定するものではないが、金・銀・銅・白金・アルミニウムなどの金属を挙げることができる。
金属薄膜２０４を電極としても用いる場合には、金属平板電極ということがある。 <Metal thin film>
The material of the metal thin film 204 is not particularly limited, and examples thereof include metals such as gold, silver, copper, platinum, and aluminum.
When the metal thin film 204 is also used as an electrode, it may be referred to as a metal plate electrode.

金属薄膜２０４はその表面は平坦な膜あるいは平板であることが好ましいが、メタマテリアル完全吸収構造を形成できれば、それに限定されない。 The metal thin film 204 is preferably a flat film or a flat surface, but is not limited thereto as long as a metamaterial complete absorption structure can be formed.

金属薄膜２０４の膜厚としては、特に限定するものではないが、目安を例示すると、数ｎｍ〜数１００ｎｍである。 Although it does not specifically limit as a film thickness of the metal thin film 204, If a standard is illustrated, it will be several nm-several hundred nm.

メタマテリアル完全吸収構造の金属薄膜は、電極としても機能するため、熱電変換素子に新たに電極を形成する必要はない。 Since the metal thin film having a metamaterial complete absorption structure also functions as an electrode, it is not necessary to newly form an electrode on the thermoelectric conversion element.

図１２に、メタマテリアル完全吸収構造を一端に有する本発明の熱電変換素子の概念図を示す。
光照射は、メタマテリアル完全吸収構造の導電性ナノ構造体の表面に行われる。完全吸収特性の励起により、メタマテリアル完全吸収構造の金属薄膜（金属平板電極）と導電性ナノ構造体との間に入射光が閉じ込められ、高い熱が発生する。熱電変換素子の両端には温度差が生じ、両端にそれぞれ配置する電極間には起電力が生じる。 In FIG. 12, the conceptual diagram of the thermoelectric conversion element of this invention which has a metamaterial perfect absorption structure in one end is shown.
Light irradiation is performed on the surface of the conductive nanostructure having a metamaterial complete absorption structure. Excitation of the complete absorption characteristic confines incident light between the metal thin film (metal plate electrode) of the metamaterial complete absorption structure and the conductive nanostructure, and generates high heat. A temperature difference occurs at both ends of the thermoelectric conversion element, and an electromotive force is generated between the electrodes disposed at both ends.

本実施形態の熱電変換素子では基板は必須ではないが、上述の基板を用いることができる。また、フレキシブルな基板を用いて、図１２に示したような熱電変換素子とすることもできる（図中に基板は不図示）。 The substrate is not essential in the thermoelectric conversion element of this embodiment, but the above-described substrate can be used. Further, a thermoelectric conversion element as shown in FIG. 12 can be obtained by using a flexible substrate (the substrate is not shown in the figure).

メタマテリアル完全吸収構造は、特にQ値の高いプラズモン４重極子モードを励起する。４重極子モードは狭帯域で寿命が長く、局所熱の元となる熱電子の発生効率が高いことで知られる。そのため、他の単純なプラズモニック構造と比較し、より大きな局所熱が生成し、かつ、熱電変換膜への熱電子注入機構の効率も高くなるため、4重極子モードが励起される金属薄膜（金属平板電極）と導電性ナノ構造体との間に熱電変換膜が挿入されることが重要である。4重極子モードによって、熱電子の注入および局所熱の熱電素子への伝搬が、効率よく行われるためである。 The metamaterial complete absorption structure excites a plasmon quadrupole mode having a particularly high Q value. The quadrupole mode is known to have a long life in a narrow band and high generation efficiency of thermoelectrons that are the source of local heat. Therefore, compared to other simple plasmonic structures, a larger amount of local heat is generated and the efficiency of the thermoelectron injection mechanism into the thermoelectric conversion film is increased, so that a metal thin film that excites the quadrupole mode ( It is important that a thermoelectric conversion film is inserted between the metal flat plate electrode) and the conductive nanostructure. This is because the quadrupole mode efficiently injects thermoelectrons and propagates local heat to the thermoelectric element.

図１３に、基板上に、本発明のメタマテリアル完全吸収構造の一例として金属ナノ構造体−熱電変換膜−金属平板電極の構造を配設した構成を示す。
図１３（ａ）は、基板上に金属平板電極、熱電変換膜、金属ナノ構造体を順に形成した構成であり、基板のメタマテリアル完全吸収構造を形成した側から光照射を行った場合を示す断面模式図であり、図１３（ｂ）は、基板上に金属ナノ構造体、熱電変換膜、金属平板電極を順に形成した構成であり、基板の下方から光照射を行った場合を示す断面模式図である。図１３（ｂ）の場合は、基板としては透明性が高いものを用いることが好ましい。
金属ナノ構造体が基板上に作製され、基板下部から光照射する場合が考えられる。金属ナノ構造体が応答波長を決定するため、光照射は必ず、金属ナノ構造体側より行う。 In FIG. 13, the structure which has arrange | positioned the structure of the metal nanostructure-thermoelectric conversion film-metal plate electrode as an example of the metamaterial perfect absorption structure of this invention on the board | substrate is shown.
FIG. 13A shows a configuration in which a metal plate electrode, a thermoelectric conversion film, and a metal nanostructure are sequentially formed on a substrate, and shows a case where light irradiation is performed from the side where the metamaterial complete absorption structure of the substrate is formed. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view showing a configuration in which a metal nanostructure, a thermoelectric conversion film, and a metal flat plate electrode are sequentially formed on a substrate, and shows a case where light irradiation is performed from below the substrate. FIG. In the case of FIG. 13B, it is preferable to use a highly transparent substrate.
It is conceivable that a metal nanostructure is produced on a substrate and light is irradiated from the bottom of the substrate. Since the metal nanostructure determines the response wavelength, light irradiation is always performed from the metal nanostructure side.

導電性ナノ構造体（例えば、金属ナノ構造体）のサイズと形状の適切な設計により、紫外から赤外域まで、幅広い波長域から応答波長を選択できる。 By appropriately designing the size and shape of the conductive nanostructure (for example, metal nanostructure), the response wavelength can be selected from a wide wavelength range from ultraviolet to infrared.

（光検出器）
本発明の光検出器は、本発明の熱電変換素子を備えたものである。
すなわち、本発明の光検出器は、導電性ナノ構造体が有するプラズモン共鳴波長の光を検出する光検出器である。 (Photodetector)
The photodetector of the present invention includes the thermoelectric conversion element of the present invention.
That is, the photodetector of the present invention is a photodetector that detects light having a plasmon resonance wavelength included in the conductive nanostructure.

（画像素子）
本発明の画像素子は、本発明の熱電変換素子を備えたものである。
すなわち、本発明の画像素子は、導電性ナノ構造体が有するプラズモン共鳴波長の光に反応する画像素子（イメージセンサ）である。 (Image element)
The image element of the present invention includes the thermoelectric conversion element of the present invention.
That is, the image element of the present invention is an image element (image sensor) that reacts with light having a plasmon resonance wavelength included in the conductive nanostructure.

（光熱電変換素子）
本発明の光熱電変換素子は、本発明の熱電変換素子を備えたものである。
すなわち、本発明の光熱電変換素子は、導電性ナノ構造体が有するプラズモン共鳴波長を例えば、太陽光の波長になるように設計して、太陽光のプラズモン共鳴吸収により発生した熱を利用して電気エネルギーを取り出す光熱電変換素子である。 (Photothermoelectric conversion element)
The photothermoelectric conversion element of the present invention comprises the thermoelectric conversion element of the present invention.
That is, the photothermoelectric conversion element of the present invention is designed so that the plasmon resonance wavelength of the conductive nanostructure is, for example, the wavelength of sunlight, and uses the heat generated by plasmon resonance absorption of sunlight. It is a photothermoelectric conversion element that extracts electrical energy.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の効果を奏する範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, but the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and within the scope of the effects of the present invention, the addition, omission of configurations, Substitutions and other changes are possible.

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these.

〔実施例１〕
（熱電変換素子サンプルの作製）
１．導電性ナノ構造体の形成
ガラス基板を洗浄して乾燥後、プラズマ処理装置内でプラズマ洗浄処理を行った。その後、ガラス基板に電子線レジストＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製）を０．１ｍｌ滴下し、スピンコート膜を形成した。得られた基板を電子線描画装置に入れ、それぞれ縦６０ｎｍ×横１５０ｎｍのナノ構造体（約３６００万個）の描画パターンを基板の一端部に描画した。
電子線描画装置から基板を取り出し、現像液に浸した後、基板を真空蒸着装置に入れ、銀を４０ｎｍ蒸着して、描画パターン上に銀ナノロッド構造体群を形成した。次いで、基板を真空蒸着装置から取り出し、アニソールに浸しレジストを剥離した。次いで、基板をアセトンに浸して超音波をかけた後、純水に浸し、ブロアーで乾かした。
２．熱電変換膜の形成
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳにエチレングリコールを３ｖ％添加し、作製した銀ナノロッド構造体群に、調製したＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを０．１ｍｌ滴下し、スピンコートを行った。次いで、基板を加熱して、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を形成した。
３．電極の形成
基板両端に幅２ｍｍの銀を蒸着し、銀電極を形成した。
図１４は、得られた熱電変換素子サンプルを模式的に示した斜視図である。 [Example 1]
(Preparation of thermoelectric conversion element sample)
1. Formation of conductive nanostructure The glass substrate was cleaned and dried, and then subjected to plasma cleaning in a plasma processing apparatus. Thereafter, 0.1 ml of electron beam resist ZEP520A (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) was dropped on the glass substrate to form a spin coat film. The obtained substrate was put into an electron beam drawing apparatus, and drawing patterns of nanostructures (approximately 36 million pieces) each having a length of 60 nm and a width of 150 nm were drawn on one end of the substrate.
After the substrate was taken out from the electron beam drawing apparatus and immersed in the developer, the substrate was put in a vacuum vapor deposition apparatus, and silver was deposited by 40 nm to form a silver nanorod structure group on the drawing pattern. Next, the substrate was taken out from the vacuum deposition apparatus and immersed in anisole to peel off the resist. Next, the substrate was immersed in acetone and subjected to ultrasonic waves, then immersed in pure water and dried with a blower.
2. Formation of Thermoelectric Conversion Film 3 v% of ethylene glycol was added to PEDOT: PSS, and 0.1 ml of the prepared PEDOT: PSS was dropped into the prepared silver nanorod structure group, and spin coating was performed. Next, the substrate was heated to form a PEDOT: PSS film.
3. Formation of Electrode Silver having a width of 2 mm was deposited on both ends of the substrate to form a silver electrode.
FIG. 14 is a perspective view schematically showing the obtained thermoelectric conversion element sample.

得られた熱電変換素子サンプルを用いて、銀ナノロッドの短軸偏光及び長軸偏光の単色光照射下でＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜中に発生した電流値を測定した。
図１５（ａ）、（ｂ）のそれぞれに、短軸偏光の単色光照射下の測定結果、長軸偏光の単色光照射下の測定結果を示す。それぞれのグラフにおいて、横軸は波長（ｎｍ）、左側縦軸は電流（μＡ）、右側縦軸は銀ナノロッドの透過率である。
なお、左側縦軸の電流（μＡ）は、自然電位で流れている電流に対して逆方向に、プラズモン励起起因の電流が流れ得るため、４２０ｎｍの単色光での電流値をゼロとしてそれに対する相対電流として示した。測定は、４００ｎｍ〜９００ｎｍで２０ｎｍ間隔の波長の光を用いた。 Using the obtained thermoelectric conversion element sample, the current value generated in the PEDOT: PSS thin film was measured under the irradiation of monochromatic light of short axis polarization and long axis polarization of silver nanorods.
FIGS. 15A and 15B show measurement results under short-axis polarized monochromatic light irradiation and measurement results under long-axis polarized monochromatic light irradiation, respectively. In each graph, the horizontal axis represents wavelength (nm), the left vertical axis represents current (μA), and the right vertical axis represents the transmittance of silver nanorods.
Note that the current (μA) on the left vertical axis can be caused by plasmon excitation in the opposite direction to the current flowing at the natural potential, so that the current value at 420 nm monochromatic light is zero and relative to it. Shown as current. For the measurement, light having a wavelength of 400 nm to 900 nm and 20 nm intervals was used.

測定は、光強度が１０ｍＷ／ｃｍ^２の単色光を振って、各単色光（図４中の+印）ごとに銀ナノロッド構造体群に光照射してＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜に流れた電流を測定したものである。 The measurement is performed by irradiating the silver nanorod structure group for each monochromatic light (+ mark in FIG. 4) by irradiating monochromatic light with a light intensity of 10 mW / cm ² and measuring the current flowing through the PEDOT: PSS thin film. It is what.

顕微分光装置により得た透過スペクトルに基づくと、作製した銀ナノロッド構造体の短軸方向のプラズモン共鳴波長は６２３ｎｍであり、また、長軸方向のプラズモン共鳴波長は９００ｎｍであった。
一方、短軸偏光の光照射では図１５（ａ）のグラフが示す通り、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜中に生じた電流値は、波長６００ｎｍで最大となり、また、長軸偏光の光照射では図１５（ｂ）のグラフが示す通り、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜中に生じた電流値は、波長９００ｎｍで最大となり、銀ナノロッド構造体群の銀ナノロッド構造体を含まないＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜では、電流が検出されなかったことから、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜中に生じた電流は銀ナノロッド構造体のプラズモンが誘起したものであることがわかる。
また、図１５のグラフが示す通り、得られた電流値の波長依存性は、銀ナノロッドの透過スペクトルと類似する挙動を示した。 Based on the transmission spectrum obtained by the microspectroscope, the plasmon resonance wavelength in the short axis direction of the produced silver nanorod structure was 623 nm, and the plasmon resonance wavelength in the long axis direction was 900 nm.
On the other hand, the current value generated in the PEDOT: PSS thin film is maximum at a wavelength of 600 nm in the short axis polarized light irradiation, as shown in the graph of FIG. 15A. As shown in the graph of b), the current value generated in the PEDOT: PSS thin film is maximum at a wavelength of 900 nm, and no current is detected in the PEDOT: PSS thin film that does not include the silver nanorod structure of the silver nanorod structure group. This shows that the current generated in the PEDOT: PSS thin film is induced by the plasmon of the silver nanorod structure.
Moreover, as the graph of FIG. 15 showed, the wavelength dependence of the obtained electric current value showed the behavior similar to the transmission spectrum of a silver nanorod.

〔実施例２〕
実施例２の熱電変換素子サンプルは、熱電変換膜の形成工程において、エチレングリコールを混合せず、かつ、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜厚が１８０ｎｍになるようにスピンコートスピードを調整した以外は、実施例１と同様な方法で作製した。 [Example 2]
The thermoelectric conversion element sample of Example 2 is the same as that of Example 1 except that ethylene glycol is not mixed and the spin coating speed is adjusted so that the PEDOT: PSS film thickness is 180 nm in the thermoelectric conversion film forming step. It was produced by the same method.

図１６（ａ）に、図１５（ａ）と同様の測定を行った後、その測定結果に基づいて算出された外部量子効率（ＥＱＥ）の波長依存性を示すグラフ、図１６（ｂ）に、図１５（ｂ）と同様の測定を行った後、その測定結果に基づいて算出された外部量子効率（ＥＱＥ）の波長依存性を示すグラフを示す。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）において、横軸は波長であり、左側縦軸は外部量子効率であり、右側縦軸は消失率である。 FIG. 16A is a graph showing the wavelength dependence of the external quantum efficiency (EQE) calculated based on the measurement results after performing the same measurement as FIG. 15A, and FIG. The graph which shows the wavelength dependence of the external quantum efficiency (EQE) calculated based on the measurement result after performing the same measurement as FIG.15 (b) is shown.
In FIG. 16A and FIG. 16B, the horizontal axis is the wavelength, the left vertical axis is the external quantum efficiency, and the right vertical axis is the disappearance rate.

図１６（ａ）に基づくと、外部量子効率の最大値は短軸方向のプラズモン共鳴波長において１．０６×１０^−３％であった。 Based on FIG. 16A, the maximum value of the external quantum efficiency was 1.06 × 10 ⁻³ % at the plasmon resonance wavelength in the short axis direction.

実施例１及び実施例２は、銀ナノロッド構造体群がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜の内部に配置する構成であったが、銀ナノロッド構造体群をＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜の表面に形成した構成について、同様に短軸方向のプラズモン共鳴波長における外部量子効率の最大値を得たところ、１．８２×１０^−２％であり、上述の例よりも一桁大きかった。
さらにまた、熱電変換膜としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜に変えて、Ｂｉ_２Ｔｅ_３膜を用いて、銀ナノロッド構造体群をそのＢｉ_２Ｔｅ_３膜の表面に形成した構成について、同様に短軸方向のプラズモン共鳴波長における外部量子効率の最大値を得たところ、１．１６％であり、さらに二桁大きかった。 In Example 1 and Example 2, the silver nanorod structure group was arranged inside the PEDOT: PSS film, but the structure in which the silver nanorod structure group was formed on the surface of the PEDOT: PSS film was the same. When the maximum value of the external quantum efficiency at the plasmon resonance wavelength in the short axis direction was obtained, it was 1.82 × 10 ⁻² %, which was an order of magnitude larger than the above example.
Furthermore, instead of the PEDOT: PSS film as the thermoelectric conversion film, a structure in which a silver nanorod structure group is formed on the surface of the Bi ₂ Te ₃ film using a Bi ₂ Te ₃ film is similarly arranged in the short axis direction. When the maximum value of the external quantum efficiency at the plasmon resonance wavelength was obtained, it was 1.16%, which was two orders of magnitude larger.

１、熱電変換膜
１１、２１Ａ熱電変換材
２、１２、１２Ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ導電性ナノ構造体
３Ａ、３Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ、２３Ａ、２３Ａａ、２３Ｂ、３３Ａ、３３Ａａ、３３Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ電極
５基板
６断熱層
１０、３０Ａ、３０Ｂ、３０ＡＡ、３０ＢＢ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、５０Ａ、５０Ｂ、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、７０Ａ、７０Ｂ、１００、２００熱電変換素子
２０１熱電変換膜
２０２導電性ナノ構造体
２０４金属薄膜
２２０完全吸収メタマテリアル構造 1. Thermoelectric conversion film 11, 21A Thermoelectric conversion material 2, 12, 12A, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f Conductive nanostructure 3A, 3B, 13A, 13B, 23A, 23Aa, 23B, 33A, 33Aa , 33B, 43A, 43B Electrode 5 Substrate 6 Heat insulation layer 10, 30A, 30B, 30AA, 30BB, 40A, 40B, 40C, 50A, 50B, 60A, 60B, 60C, 70A, 70B, 100, 200 Thermoelectric conversion element 201 Thermoelectric Conversion film 202 Conductive nanostructure 204 Metal thin film 220 Complete absorption metamaterial structure

Claims

熱電変換膜と、
前記熱電変換膜の一部の内部又は表面に配設された導電性ナノ構造体と、を備えた熱電変換素子。 A thermoelectric conversion membrane;
A thermoelectric conversion element comprising: a conductive nanostructure disposed inside or on a part of the thermoelectric conversion film.

所定の間隔で離間して配置し、前記熱電変換膜で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極を備え、
前記導電性ナノ構造体が前記一対の電極のうちの一方の電極側寄りに配設されている、請求項１に記載の熱電変換素子。 A pair of electrodes that are spaced apart from each other at a predetermined interval and for extracting heat generated in the thermoelectric conversion film as current or voltage;
The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the conductive nanostructure is disposed closer to one electrode side of the pair of electrodes.

熱電変換膜と、
熱電変換膜を挟むように、前記熱電変換膜の第１面及び第２面のそれぞれに設けられ、前記熱電変換膜で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極と、
前記熱電変換膜の第１面側に配設された導電性ナノ構造体と、を備えた熱電変換素子。 A thermoelectric conversion membrane;
A pair of electrodes provided on each of the first surface and the second surface of the thermoelectric conversion film so as to sandwich the thermoelectric conversion film, and for taking out the heat generated in the thermoelectric conversion film as current or voltage,
A thermoelectric conversion element comprising: a conductive nanostructure disposed on a first surface side of the thermoelectric conversion film.

熱電変換材と、
前記熱電変換材を挟むように、前記熱電変換材の第１端面及び第２端面のそれぞれに設けられ、前記熱電変換材で発生した熱を電流又は電圧として取り出すための一対の電極と、
前記熱電変換材の第１端面側に配設された導電性ナノ構造体と、を備えた熱電変換素子。 A thermoelectric conversion material;
A pair of electrodes provided on each of the first end face and the second end face of the thermoelectric conversion material so as to sandwich the thermoelectric conversion material, and for taking out the heat generated in the thermoelectric conversion material as current or voltage, and
A thermoelectric conversion element comprising: a conductive nanostructure disposed on a first end face side of the thermoelectric conversion material.

熱電変換膜と、
前記熱電変換膜の一部の内部又は表面に配設された導電性ナノ構造体と、
前記導電性ナノ構造体と共に、前記熱電変換膜を挟み込むように配置する金属薄膜と、からなる完全吸収メタマテリアル構造を備えた熱電変換素子。 A thermoelectric conversion membrane;
A conductive nanostructure disposed inside or on a part of the thermoelectric conversion film;
The thermoelectric conversion element provided with the perfect absorption metamaterial structure which consists of a metal thin film arrange | positioned so that the said thermoelectric conversion film may be pinched | interposed with the said electroconductive nanostructure.

前記導電性ナノ構造体が複数備えられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of the conductive nanostructures are provided.

複数の導電性ナノ構造体が同じプラズモン共鳴波長を示すものからなる、請求項６に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to claim 6, wherein the plurality of conductive nanostructures are composed of those having the same plasmon resonance wavelength.

複数の導電性ナノ構造体に異なるプラズモン共鳴波長を示すものが含まれている、請求項６に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to claim 6, wherein the plurality of conductive nanostructures include those having different plasmon resonance wavelengths.

前記複数の導電性ナノ構造体がランダムに配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of conductive nanostructures are randomly arranged.

前記複数の導電性ナノ構造体が規則的に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 8, wherein the plurality of conductive nanostructures are regularly arranged.

前記導電性ナノ構造体が異方的形状を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 10, wherein the conductive nanostructure has an anisotropic shape.

前記熱電変換膜が有機材料からなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion film is made of an organic material.

前記熱電変換膜が無機材料からなる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の熱電変換素子。 The thermoelectric conversion element according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion film is made of an inorganic material.

請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱電変換素子を備えた光検出器。 The photodetector provided with the thermoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-13.

請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱電変換素子を備えた画像素子。 The image element provided with the thermoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-13.

請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱電変換素子を備えた光熱電変換素子。 The photothermoelectric conversion element provided with the thermoelectric conversion element as described in any one of Claims 1-13.