JP5671258B2 - 熱電変換モジュール - Google Patents
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Description
ここで、Mは、Co、Rh、Irの内の何れかを表し、M’は、n型とするためのドーパントであり、Pd、Pt、PdPtの内の何れかを表し、Xは、As、P、Sbの内の何れかを表しており、0<A≦0.2、かつ、2.9≦B≦4.2の条件を満たすものが適している。
ここで、Mは、Co、Rh、Irの内の何れかを表し、Xは、As、P、Sbの内の何れかを表し、X’は、Te、Ni、Pdの内の何れかを表しており、0<A≦0.1の条件を満たすものが適している。
ここで、Mは、Co、Rh、Irの内の何れかを表し、M’は、n型とするためのドーパントであり、Pd、Pt、PdPtの内の何れかを表し、Xは、As、P、Sbの内の何れかを表し、X’は、Te、Ni、Pdの内の何れかを表しており、0<A≦0.2、0≦B≦0.1、かつ、C=3の条件を満たすものが適している。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 熱電変換部材と電極部材とを有する熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換部材と前記電極部材とが接合部材で接合されており、
前記接合部材は、前記電極部材に接合されていて熱応力を緩和する熱応力緩和層と、前記熱電変換部材に接合されていて構成成分の拡散を防止する拡散防止層と、を有し、
前記熱応力緩和層の摂氏25度におけるヤング率が前記熱電変換部材および前記電極部材より小さいことを特徴とする熱電変換モジュール。
2. 前記熱応力緩和層は、摂氏25度における前記ヤング率が130MPa以下であることを特徴とする1に記載の熱電変換モジュール。
3. 前記電極部材は、Fe合金、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti合金、Al合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記熱応力緩和層は、Cu合金、Ag合金、Au合金、Al合金、Mg合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記拡散防止層は、Fe−M1(M1は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Ti、Zr、Hf、C、Si、Ge、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Co−M1合金、Ni−M1合金、Ti−M2(M2はAl、Ga、In、Cu、Ag、Au、Sn、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Zr−M2合金、Hf−M2合金、V−M2合金、Nb−M2合金、Ta−M2合金、Cr−M2合金、Mo−M2合金、および、W−M2合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする1または2に記載の熱電変換モジュール。
4. 前記熱応力緩和層は、Cu−M3(M3はAg、Au、Cu、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、P、Bi、Li、Mg、Cr、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Ag−M3合金、Au−M3合金、Al−M3合金、および、Mg−M3合金からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする1ないし3の何れかに記載の熱電変換モジュール。
5. 前記接合部材は、前記熱応力緩和層と前記拡散防止層とが接合補助層で接合されており、
前記熱応力緩和層は、M4(M4は、Cu、Ag、Au、Al、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)−M3(M3は、Ag、Au、Cu、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、P、Bi、Li、Mg、Cr、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金からなり、
前記接合補助層は、Fe合金、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti合金、Al合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする1ないし4の何れかに記載の熱電変換モジュール。
6. 前記拡散防止層は、M5(M5は、Fe、Co、Ni、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を50重量%以上100重量%未満含むとともにM1(M1は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Ti、Zr、Hf、C、Si、Geからなる群から選択される少なくとも一種の元素)を0重量%超過50重量%以下含むM5−M1合金からなることを特徴とする1ないし5の何れかに記載の熱電変換モジュール。
7. 前記拡散防止層は、M6(M6は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を50重量%以上100重量%未満含むとともにM2(M2はAl、Ga、In、Cu、Ag、Au、Sn、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を0重量%超過50重量%以下含むM6−M2合金からなることを特徴とする1ないし5の何れかに記載の熱電変換モジュール。
8. 20℃〜600℃における前記拡散防止層と前記熱電変換部材との熱膨張係数の差分が、前記熱電変換部材の熱膨張係数の20%以下であることを特徴とする1ないし7の何れかに記載の熱電変換モジュール。
9. 前記拡散防止層の20℃〜600℃における熱膨張係数が8×10 −6 (/K)以上15×10 −6 (/K)以下であることを特徴とする1ないし8の何れかに記載の熱電変換モジュール。
10. 前記熱電変換部材は、スクッテルダイト構造のSb系からなることを特徴とする1ないし9の何れかに記載の熱電変換モジュール。
11. 前記熱電変換部材は、充填スクッテルダイト構造のSb系からなることを特徴とする1ないし9の何れかに記載の熱電変換モジュール。
12. 前記熱電変換部材は、一般式R r T t−m M m X x−n N n (0<r≦1、3≦t−m≦5、0≦m≦0.5、10≦x≦15、0≦n≦2)で表される充填スクッテルダイト構造を有し、Rは、希土類元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、第4族元素および第13族元素からなる群から選択される三種以上の元素からなり、Tは、FeおよびCoから選択される少なくとも一種であり、Mは、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、AgおよびAuからなる群から選択される少なくとも一種であり、Xは、P、As、Sb、Biからなる群から選択される少なくとも一種であり、Nは、SeおよびTeから選択される少なくとも一種であるR−T−M−X−N系熱電変換部材からなる1ないし9の何れかに記載の熱電変換モジュール。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は本発明に含まれるものである。以下、実施例によって本発明の熱電変換モジュールを具体的に説明する。
表1は実施例1〜実施例6に使用した部材の詳細を示す。
111 熱電変換部材
112 熱電変換部材
121-123 電極部材
131-134 接合部材
141-144 熱応力緩和層
151-154 拡散防止層
200 熱電変換モジュール
211-214 接合補助層
300 熱電変換モジュール
Claims (10)
- 熱電変換部材と電極部材とを有する熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換部材と前記電極部材とが接合部材で接合されており、
前記接合部材は、前記電極部材に接合されていて熱応力を緩和する熱応力緩和層と、前記熱電変換部材に接合されていて構成成分の拡散を防止する拡散防止層と、を有し、
前記電極部材は、Fe合金、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti合金、Al合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記熱応力緩和層は、Cu合金、Ag合金、Au合金、Al合金、Mg合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記拡散防止層は、Fe−M1(M1は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Zr、Hf、C、Si、Ge、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Co−M1合金、Ni−M1合金、Ti−M2´(M2´はCu、Ag、Au、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Zr−M2(M2はAl、Ga、In、Cu、Ag、Au、Sn、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Hf−M2合金、V−M2合金、Nb−M2合金、Ta−M2合金、Cr−M2合金、Mo−M2合金、および、W−M2合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする熱電変換モジュール。 - 前記熱応力緩和層は、Cu−M3(M3はAg、Au、Cu、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、P、Bi、Li、Mg、Cr、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Ag−M3合金、Au−M3合金、Al−M3合金、および、Mg−M3合金からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする請求項1に記載の熱電変換モジュール。
- 前記接合部材は、前記熱応力緩和層と前記拡散防止層とが接合補助層で接合されており、
前記熱応力緩和層は、M4(M4は、Cu、Ag、Au、Al、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)−M3(M3は、Ag、Au、Cu、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、P、Bi、Li、Mg、Cr、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金からなり、
前記接合補助層は、Fe合金、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti合金、Al合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱電変換モジュール。 - 前記拡散防止層は、M5(M5は、Fe、Co、Ni、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を50重量%以上100重量%未満含むとともにM1(M1は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Zr、Hf、C、Si、Geからなる群から選択される少なくとも一種の元素)を0重量%超過50重量%以下含むM5−M1合金からなることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記拡散防止層は、M6(M6は、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を50重量%以上100重量%未満含むとともにM2(M2はAl、Ga、In、Cu、Ag、Au、Sn、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を0重量%超過50重量%以下含むM6−M2合金からなることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記拡散防止層は、Tiを50重量%以上100重量%未満含むとともにM2´(M2´はCu、Ag、Au、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)を0重量%超過50重量%以下含むTi−M2´合金からなることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換部材は、スクッテルダイト構造のSb系からなることを特徴とする請求項1ないし6の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換部材は、充填スクッテルダイト構造のSb系からなることを特徴とする請求項1ないし6の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 前記熱電変換部材は、一般式RrTt−mMmXx−nNn(0<r≦1、3≦t−m≦5、0≦m≦0.5、10≦x≦15、0≦n≦2)で表される充填スクッテルダイト構造を有し、Rは、希土類元素、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、第4族元素および第13族元素からなる群から選択される三種以上の元素からなり、Tは、FeおよびCoから選択される少なくとも一種であり、Mは、Ru、Os、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、AgおよびAuからなる群から選択される少なくとも一種であり、Xは、P、As、Sb、Biからなる群から選択される少なくとも一種であり、Nは、SeおよびTeから選択される少なくとも一種であるR−T−M−X−N系熱電変換部材からなる請求項1ないし6の何れか一項に記載の熱電変換モジュール。
- 熱電変換部材と電極部材とを有する熱電変換モジュールであって、
前記熱電変換部材と前記電極部材とが接合部材で接合されており、
前記接合部材は、前記電極部材に接合されていて熱応力を緩和する熱応力緩和層と、前記熱電変換部材に接合されていて構成成分の拡散を防止する拡散防止層と、を有し、
前記電極部材は、Fe合金、Ni合金、Co合金、Cu合金、Ti合金、Al合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記熱応力緩和層は、Cu合金、Ag合金、Au合金、Al合金、Mg合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなり、
前記拡散防止層は、Fe−M1(M1は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Mn、Zr、Hf、C、Si、Ge、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Co−M1合金、Ni−M1合金、Zr−M2(M2はAl、Ga、In、Cu、Ag、Au、Sn、Zn、Mg、からなる群から選択される少なくとも一種の元素)合金、Hf−M2合金、V−M2合金、Nb−M2合金、Ta−M2合金、Cr−M2合金、Mo−M2合金、および、W−M2合金、からなる群より選択される少なくとも一種の合金からなることを特徴とする熱電変換モジュール。
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