JP6942404B1

JP6942404B1 - Power generation elements, power generation equipment, electronic devices, power generation methods, and manufacturing methods of power generation elements

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Publication number: JP6942404B1
Application number: JP2021111568A
Authority: JP
Inventors: 後藤　博史; 博史後藤; 坂田　稔; 稔坂田; ラーシュマティアスアンダーソン; 岡田　誠司; 誠司岡田
Original assignee: GCE Institute Co Ltd
Current assignee: GCE Institute Co Ltd
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2041-07-05
Also published as: JP2023008200A

Abstract

【課題】経時に伴う発電効率の低下を抑制することができる発電素子、発電装置、電子機器、発電方法、及び発電素子の製造方法を提供する。【解決手段】熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子１であって、第１電極１１と、前記第１電極１１と対向して設けられ、前記第１電極１１よりも高電位を示す第２電極１２と、前記第１電極１１と、前記第２電極１２との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部１４と、を備える。前記ナノ粒子は、前記溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。また、例えば前記第２電極１２の仕事関数は、前記第１電極１１の仕事関数よりも小さい。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation element, a power generation device, an electronic device, a power generation method, and a method for manufacturing the power generation element, which can suppress a decrease in power generation efficiency with time. SOLUTION: This is a power generation element 1 that converts thermal energy into electrical energy, and is provided so as to face a first electrode 11 and the first electrode 11, and exhibits a higher potential than the first electrode 11. An intermediate portion 14 provided between the electrode 12, the first electrode 11, and the second electrode 12 and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed is provided. The nanoparticles have a zeta potential greater than 0 meV in the solvent. Further, for example, the work function of the second electrode 12 is smaller than the work function of the first electrode 11. [Selection diagram] Fig. 1

Description

この発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子、発電装置、電子機器、発電方法、及び発電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, a power generation device, an electronic device, a power generation method, and a method for manufacturing the power generation element.

近年、熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電素子の開発が盛んに行われている。特に、温度差を不要とした発電素子に関し、例えば特許文献１に開示された熱電素子等が提案されている。このような発電素子は、電極に与える温度差を利用して電気エネルギーを生成する構成に比べて、様々な用途への利用が期待されている。 In recent years, the development of power generation elements that generate electric energy using thermal energy has been actively carried out. In particular, with respect to a power generation element that does not require a temperature difference, for example, a thermoelectric element disclosed in Patent Document 1 has been proposed. Such a power generation element is expected to be used for various purposes as compared with a configuration in which electric energy is generated by utilizing a temperature difference given to an electrode.

特許文献１には、互いに離れて配置された第１の電極層及び第２の電極層と、第１の電極層及び第２の電極層に接触する熱電変換層と、を有する熱電変換素子が開示されている。また、熱電変換層は、導電性材料が非導電性材料で被覆された被覆導電性材料と、分散媒とを含有する熱電変換材料からなり、被覆導電性材料の比抵抗値は、１×１０^１〜１×１０^９Ω・ｍである旨が開示されている。 Patent Document 1 describes a thermoelectric conversion element having a first electrode layer and a second electrode layer arranged apart from each other, and a thermoelectric conversion layer in contact with the first electrode layer and the second electrode layer. It is disclosed. The thermoelectric conversion layer is composed of a coated conductive material in which the conductive material is coated with a non-conductive material and a thermoelectric conversion material containing a dispersion medium, and the specific resistance value of the coated conductive material is 1 × 10. ^It is disclosed that it is 1 to 1 × 10 ^{9 Ω · m.}

特開２０１９−２１２８２３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-212823

ここで、温度差を不要とした発電素子では、継続的な電気エネルギーの生成が期待されている一方、経時に伴う発電効率の低下が課題として挙げることができる。この点、特許文献１では、発電効率の低下に関する記載も示唆もされておらず、上記課題を解決することが難しい。 Here, while a power generation element that does not require a temperature difference is expected to continuously generate electric energy, it can be mentioned as a problem that the power generation efficiency decreases with time. In this regard, Patent Document 1 does not describe or suggest a decrease in power generation efficiency, and it is difficult to solve the above problems.

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、経時に伴う発電効率の低下を抑制することができる発電素子、発電装置、電子機器、発電方法、及び発電素子の製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is a power generation element, a power generation device, an electronic device, and a power generation capable of suppressing a decrease in power generation efficiency with time. It is an object of the present invention to provide a method and a method for manufacturing a power generation element.

第１発明に係る発電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子であって、第１電極と、前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極よりも高電位を示す第２電極と、前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部と、を備え、前記ナノ粒子は、前記溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有することを特徴とする。 The power generation element according to the first invention is a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, is provided so as to face the first electrode and the first electrode, and exhibits a higher potential than the first electrode. The zeta includes two electrodes, an intermediate portion provided between the first electrode and the second electrode and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed, and the nanoparticles exceed 0 meV in the solvent. It is characterized by having an electric potential.

第２発明に係る発電素子は、第１発明において、前記第２電極の仕事関数は、前記第１電極の仕事関数よりも小さいことを特徴とする。 The power generation element according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the work function of the second electrode is smaller than the work function of the first electrode.

第３発明に係る発電素子は、第１発明又は第２発明において、前記ナノ粒子は、金属酸化物を含むことを特徴とする。 The power generation element according to the third invention is characterized in that, in the first invention or the second invention, the nanoparticles contain a metal oxide.

第４発明に係る発電素子は、第３発明において、前記溶媒は、有機溶媒を含むことを特徴とする。 The power generation device according to the fourth invention is characterized in that, in the third invention, the solvent contains an organic solvent.

第５発明に係る発電素子は、第１発明又は第２発明において、前記ナノ粒子は、磁性体を除く金属酸化物を含むことを特徴とする。 The power generation element according to the fifth invention is characterized in that, in the first invention or the second invention, the nanoparticles contain a metal oxide other than a magnetic substance.

第６発明に係る発電装置は、第１発明における発電素子と、前記第１電極と電気的に接続された第１配線と、前記第２電極と電気的に接続された第２配線と、を備えることを特徴とする。 The power generation device according to the sixth invention comprises the power generation element according to the first invention, the first wiring electrically connected to the first electrode, and the second wiring electrically connected to the second electrode. It is characterized by being prepared.

第７発明に係る電子機器は、第１発明における発電素子と、前記発電素子を電源に用いて駆動する電子部品とを備えることを特徴とする。 The electronic device according to the seventh invention is characterized by including the power generation element according to the first invention and an electronic component driven by using the power generation element as a power source.

第８発明に係る発電方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の発電方法であって、第１電極と、前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極よりも高電位を示す第２電極と、前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部と、を備え、前記ナノ粒子は、前記溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有し、前記ナノ粒子を介して、前記第１電極から前記第２電極へ電子を受け渡し、前記ゼータ電位に基づき、前記ナノ粒子を前記第２電極から前記第１電極へ移動させることを含むことを特徴とする。 The power generation method according to the eighth invention is a power generation method of a power generation element that converts thermal energy into electric energy, and is provided with a first electrode facing the first electrode and having a higher potential than the first electrode. A second electrode showing the above, an intermediate portion provided between the first electrode and the second electrode and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed, and the nanoparticles are 0 meV in the solvent. It has a zeta potential exceeding, transfers electrons from the first electrode to the second electrode via the nanoparticles, and moves the nanoparticles from the second electrode to the first electrode based on the zeta potential. It is characterized by including making it.

第９発明に係る発電素子の製造方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の製造方法であって、溶媒にナノ粒子を分散させ、前記溶媒内において前記ナノ粒子が０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有するか否かを計測する計測工程と、第１電極、前記第１電極と対向して設けられた第２電極、及び前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、前記ナノ粒子を分散させた前記溶媒を含む中間部、をそれぞれ形成する素子形成工程と、を備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a power generation element according to a ninth invention is a method for manufacturing a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, in which nanoparticles are dispersed in a solvent, and the nanoparticles have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent. A measurement step for measuring whether or not a particle is present, a first electrode, a second electrode provided so as to face the first electrode, and a measurement step provided between the first electrode and the second electrode, said It is characterized by comprising an element forming step of forming each of the intermediate portions containing the solvent in which the nanoparticles are dispersed.

第１発明〜第７発明によれば、第２電極は、第１電極と対向して設けられ、第１電極よりも高電位を示す。また、ナノ粒子は、溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。即ち、各電極間の電位差に基づき、ナノ粒子が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子の移動する向きの傾向を変えることができる。このため、経時に伴いナノ粒子が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the first to seventh inventions, the second electrode is provided so as to face the first electrode and exhibits a higher potential than the first electrode. In addition, the nanoparticles have a zeta potential of more than 0 meV in the solvent. That is, based on the potential difference between the electrodes, the tendency of the movement direction of the nanoparticles can be changed in each state of whether or not the nanoparticles are receiving electrons. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles from being unevenly distributed on one electrode side with time. This makes it possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time.

特に、第２発明によれば、第２電極の仕事関数は、第１電極の仕事関数よりも小さい。このため、各電極の組合せによって特定の電位差を安定して形成することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 In particular, according to the second invention, the work function of the second electrode is smaller than the work function of the first electrode. Therefore, a specific potential difference can be stably formed by the combination of each electrode. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

特に、第３発明によれば、ナノ粒子は、金属酸化物を含む。このため、他の材料に比べて、溶媒に分散された状態を維持し易くすることができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 In particular, according to the third invention, the nanoparticles contain a metal oxide. Therefore, as compared with other materials, it is possible to easily maintain the state of being dispersed in the solvent. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

特に、第４発明によれば、溶媒は、有機溶媒を含む。このため、他の溶媒に比べて、ナノ粒子の有するゼータ電位を維持し易くなる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 In particular, according to the fourth invention, the solvent includes an organic solvent. Therefore, it becomes easier to maintain the zeta potential of the nanoparticles as compared with other solvents. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

特に、第５発明によれば、ナノ粒子は、磁性体を除く金属酸化物を含む。このため、外部環境に起因する磁場の影響を受けずに、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 In particular, according to the fifth invention, the nanoparticles contain metal oxides other than magnetic substances. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time without being affected by a magnetic field caused by the external environment.

特に、第６発明によれば、発電装置は、第１発明における発電素子を備える。このため、経時に伴う発電効率の低下を抑制した発電装置の実現が可能となる。 In particular, according to the sixth invention, the power generation device includes the power generation element according to the first invention. Therefore, it is possible to realize a power generation device that suppresses a decrease in power generation efficiency with time.

特に、第７発明によれば、電子機器は、第１発明における発電素子を備える。このため、経時に伴う発電効率の低下を抑制した電子機器の実現が可能となる。 In particular, according to the seventh invention, the electronic device includes the power generation element according to the first invention. Therefore, it is possible to realize an electronic device that suppresses a decrease in power generation efficiency with time.

第８発明によれば、第２電極は、第１電極と対向して設けられ、第１電極よりも高電位を示す。また、ナノ粒子は、溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。即ち、各電極間の電位差に基づき、ナノ粒子が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子の移動する向きの傾向を変えることができる。このため、経時に伴いナノ粒子が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、発電する際、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the eighth invention, the second electrode is provided so as to face the first electrode and exhibits a higher potential than the first electrode. In addition, the nanoparticles have a zeta potential of more than 0 meV in the solvent. That is, based on the potential difference between the electrodes, the tendency of the movement direction of the nanoparticles can be changed in each state of whether or not the nanoparticles are receiving electrons. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles from being unevenly distributed on one electrode side with time. This makes it possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time when generating power.

第９発明によれば、計測工程は、溶媒内においてナノ粒子が０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有するか否かを計測する。即ち、計測工程の実施により、各電極間の電位差が発生した際、ナノ粒子が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子の移動する向きの傾向を変えることができるか否かを判定することができる。このため、経時に伴いナノ粒子が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる発電素子の製造を実現できる。 According to the ninth invention, the measuring step measures whether or not the nanoparticles have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent. That is, whether or not the tendency of the movement direction of the nanoparticles can be changed in each state of whether or not the nanoparticles are receiving electrons when a potential difference between the electrodes is generated by carrying out the measurement step. It can be determined. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles from being unevenly distributed on one electrode side with time. This makes it possible to manufacture a power generation element capable of suppressing a decrease in power generation efficiency with time.

図１（ａ）は、本実施形態における発電素子及び発電装置の一例を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａに沿った模式断面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing an example of a power generation element and a power generation device according to the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A. .. 図２は、中間部の一例を示す模式断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the intermediate portion. 図３は、本実施形態における発電素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a power generation element according to the present embodiment. 図４は、素子形成工程の一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of the element forming process. 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、発電素子を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図であり、図５（ｅ）〜図５（ｈ）は、発電素子を含む発電装置を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。5 (a) to 5 (d) are schematic block diagrams showing an example of an electronic device provided with a power generation element, and FIGS. 5 (e) to 5 (h) show a power generation device including the power generation element. It is a schematic block diagram which shows the example of the electronic device provided.

以下、本発明の実施形態としての発電素子、発電装置、電子機器、発電方法、及び発電素子の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、各電極が積層される高さ方向を第１方向Ｚとし、第１方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第２方向Ｘとし、第１方向Ｚ及び第２方向Ｘのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第３方向Ｙとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。 Hereinafter, an example of a power generation element, a power generation device, an electronic device, a power generation method, and a method for manufacturing the power generation element as an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the height direction in which the electrodes are laminated is defined as the first direction Z, and the plane direction intersecting with the first direction Z, for example, one orthogonal plane direction is defined as the second direction X, and the first direction Z and the second direction Z and the second direction Z. Let the third direction Y be another plane direction that intersects with each of the directions X, for example, is orthogonal to each other. Further, the configurations in each figure are schematically described for the sake of explanation, and for example, the size of each configuration, the comparison of the sizes in each configuration, and the like may be different from those in the figure.

（実施形態：発電素子１、発電装置１００）
図１は、本実施形態における発電素子１、及び発電装置１００の一例を示す模式図である。図１（ａ）は、本実施形態における発電素子１、及び発電装置１００の一例を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａに沿った模式断面図である。 (Embodiment: power generation element 1, power generation device 100)
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a power generation element 1 and a power generation device 100 in the present embodiment. FIG. 1 (a) is a schematic cross-sectional view showing an example of the power generation element 1 and the power generation device 100 in the present embodiment, and FIG. 1 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (a). It is a figure.

（発電装置１００）
図１（ａ）に示すように、発電装置１００は、発電素子１と、第１配線１０１と、第２配線１０２とを備える。発電素子１は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような発電素子１を備えた発電装置１００は、例えば、図示せぬ熱源に搭載又は設置され、熱源の熱エネルギーを元として、発電素子１から発生した電気エネルギーを、第１配線１０１及び第２配線１０２を介して負荷Ｒへ出力する。負荷Ｒの一端は第１配線１０１と電気的に接続され、他端は第２配線１０２と電気的に接続される。負荷Ｒは、例えば電気的な機器を示す。負荷Ｒは、例えば発電装置１００を主電源又は補助電源に用いて駆動される。 (Power generation device 100)
As shown in FIG. 1A, the power generation device 100 includes a power generation element 1, a first wiring 101, and a second wiring 102. The power generation element 1 converts thermal energy into electrical energy. The power generation device 100 provided with such a power generation element 1 is, for example, mounted or installed on a heat source (not shown), and the electric energy generated from the power generation element 1 is used in the first wiring 101 and the first wiring 101 based on the heat energy of the heat source. 2 Output to the load R via the wiring 102. One end of the load R is electrically connected to the first wiring 101, and the other end is electrically connected to the second wiring 102. The load R indicates, for example, an electrical device. The load R is driven by using, for example, the power generation device 100 as the main power source or the auxiliary power source.

発電素子１の熱源としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子デバイス又は電子部品、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子、自動車等のエンジン、工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等が挙げられる。例えば、電子デバイス、電子部品、発光素子、エンジン、及び生産設備等は、人工熱源である。人体、太陽光、及び環境温度等は自然熱源である。発電素子１を備えた発電装置１００は、例えばＩｏＴ（Internet of Things）デバイス及びウェアラブル機器等のモバイル機器や自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池の代替又は補助として用いることができる。さらに、発電装置１００は、太陽光発電等のような、より大型の発電装置への応用も可能である。 Examples of the heat source of the power generation element 1 include electronic devices or electronic components such as a CPU (Central Processing Unit), light emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), engines such as automobiles, factory production equipment, human bodies, and sunlight. And the ambient temperature and the like. For example, electronic devices, electronic components, light emitting elements, engines, production equipment, and the like are artificial heat sources. The human body, sunlight, environmental temperature, etc. are natural heat sources. The power generation device 100 provided with the power generation element 1 can be provided inside a mobile device such as an IoT (Internet of Things) device and a wearable device, or a self-supporting sensor terminal, and can be used as a substitute or an auxiliary for a battery. Further, the power generation device 100 can also be applied to a larger power generation device such as solar power generation.

（発電素子１）
発電素子１は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。発電素子１は、発電装置１００内に設けるだけでなく、発電素子１自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、発電素子１自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となり得る。 (Power generation element 1)
The power generation element 1 converts, for example, the heat energy generated by the artificial heat source or the heat energy of the natural heat source into electrical energy to generate an electric current. The power generation element 1 is not only provided inside the power generation device 100, but the power generation element 1 itself can be provided inside the mobile device, the self-supporting sensor terminal, or the like. In this case, the power generation element 1 itself can be a substitute part or an auxiliary part of a battery such as the mobile device or the self-supporting sensor terminal.

発電素子１は、例えば図１（ａ）に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、中間部１４とを備える。発電素子１は、例えば第１基板１５と、第２基板１６とを備えてもよいほか、支持部１７を備えてもよい。 As shown in FIG. 1A, for example, the power generation element 1 includes a first electrode 11, a second electrode 12, and an intermediate portion 14. The power generation element 1 may include, for example, a first substrate 15 and a second substrate 16, or may include a support portion 17.

第１電極１１及び第２電極１２は、互いに対向して設けられる。中間部１４は、例えば図２に示すように、第１電極１１と、第２電極１２との間（ギャップＧ）を含む空間１４０に設けられる。中間部１４は、ナノ粒子１４１及び溶媒１４２を含む。ナノ粒子１４１は、溶媒１４２に分散され、各電極１１、１２に対する電子の享受を促進する。 The first electrode 11 and the second electrode 12 are provided so as to face each other. As shown in FIG. 2, for example, the intermediate portion 14 is provided in a space 140 including a space (gap G) between the first electrode 11 and the second electrode 12. The intermediate portion 14 contains nanoparticles 141 and solvent 142. The nanoparticles 141 are dispersed in the solvent 142 and promote the enjoyment of electrons for each of the electrodes 11 and 12.

ここで、第２電極１２が、第１電極１１よりも高電位を示す場合、ナノ粒子１４１は、ギャップＧ間を移動して、第１電極１１から第２電極１２へ電子を受け渡すことで、電流が発生する。この際、第２電極１２へ電子を受け渡したナノ粒子１４１は、第１電極１１から電子を受取ることで、再度第２電極１２へ電子を受け渡すことができる。この動作を繰り返すことで、電流を継続的に発生し得る。 Here, when the second electrode 12 exhibits a higher potential than the first electrode 11, the nanoparticles 141 move between the gaps G and transfer electrons from the first electrode 11 to the second electrode 12. , Current is generated. At this time, the nanoparticles 141 that have transferred the electrons to the second electrode 12 can transfer the electrons to the second electrode 12 again by receiving the electrons from the first electrode 11. By repeating this operation, an electric current can be continuously generated.

上記動作において、第２電極１２へ電子を受け渡したナノ粒子１４１は、第１電極１１側への移動が困難であり、ナノ粒子１４１が第２電極１２側へ偏在することを発明者らは発見した。そして、経時に伴いナノ粒子１４１の偏在する傾向が大きくなることが、経時に伴う発電効率の減少の要因となり得ることを、発明者らは発見した。 In the above operation, the inventors have discovered that the nanoparticles 141 that have transferred electrons to the second electrode 12 are difficult to move to the first electrode 11 side, and the nanoparticles 141 are unevenly distributed to the second electrode 12 side. bottom. Then, the inventors have discovered that the tendency of the nanoparticles 141 to be unevenly distributed increases with time, which may be a factor of the decrease in power generation efficiency with time.

これに対し、本実施形態によれば、ナノ粒子１４１は、溶媒１４２において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。この場合、ナノ粒子１４１が第２電極１２へ電子を受け渡したあと、各電極１１、１２間の電位差及びゼータ電位に基づき、ナノ粒子１４１が第１電極１１側へ移動する傾向を促進させることができる。このため、経時に伴いナノ粒子１４１が第２電極１２側に偏在することを抑制することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 On the other hand, according to the present embodiment, the nanoparticles 141 have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142. In this case, after the nanoparticles 141 transfer electrons to the second electrode 12, the tendency of the nanoparticles 141 to move toward the first electrode 11 can be promoted based on the potential difference between the electrodes 11 and 12 and the zeta potential. can. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles 141 from being unevenly distributed on the second electrode 12 side with time. This makes it possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time.

例えば、ナノ粒子１４１が、溶媒１４２において０ｅＶ以下のゼータ電位を有する場合、ナノ粒子１４１が第２電極１２へ電子を受け渡したあと、ナノ粒子１４１が第１電極１１側へ移動する傾向を促進させることができない。このため、経時に伴いナノ粒子１４１が第２電極１２側に偏在することを抑制できず、経時に伴う発電効率の低下を抑制できない。 For example, when the nanoparticles 141 have a zeta potential of 0 eV or less in the solvent 142, the nanoparticles 141 promote the tendency of the nanoparticles 141 to move toward the first electrode 11 after passing electrons to the second electrode 12. Can't. Therefore, it is not possible to suppress the uneven distribution of the nanoparticles 141 on the side of the second electrode 12 with time, and it is not possible to suppress the decrease in power generation efficiency with time.

なお、例えば第２電極１２の温度が、第１電極１１の温度よりも高くなるように、外部の熱源等を作用させることで、第２電極１２が、第１電極１１よりも高電位を示すことができる。 For example, by applying an external heat source or the like so that the temperature of the second electrode 12 is higher than the temperature of the first electrode 11, the second electrode 12 exhibits a higher potential than that of the first electrode 11. be able to.

上記のほか、第２電極１２の仕事関数が、第１電極１１の仕事関数よりも小さくなるように、各電極１１、１２の材料を選択することで、第２電極１２が、第１電極１１よりも高電位を示すことができる。特に、各電極１１、１２の仕事関数が異なる場合には、外部の熱源等を作用させる必要が無く、安定した電位差を維持することが可能となる。 In addition to the above, by selecting the materials of the electrodes 11 and 12 so that the work function of the second electrode 12 is smaller than the work function of the first electrode 11, the second electrode 12 becomes the first electrode 11. Can show a higher potential than. In particular, when the work functions of the electrodes 11 and 12 are different, it is not necessary to act on an external heat source or the like, and a stable potential difference can be maintained.

なお、ゼータ電位は、ナノ粒子１４１が溶媒１４２に分散した状態で測定された値を示し、例えば電気泳動光散乱測定装置等の計測器（例えばMalvern Panalytical製ゼータサイザーUltra等）を用いて測定することができる。 The zeta potential indicates a value measured in a state where nanoparticles 141 are dispersed in a solvent 142, and is measured using, for example, a measuring instrument such as an electrophoretic light scattering measuring device (for example, Zetasizer Ultra manufactured by Malvern Panalytical). be able to.

また、「仕事関数」とは、固体内にある電子を真空中に取出すために必要な最小限のエネルギーを示す。仕事関数は、例えばケルビン法のほか、紫外光電子分光法（ＵＰＳ：Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）やオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Auger Electron Spectroscopy）等を用いて測定することができる。 The "work function" indicates the minimum energy required to take out the electrons in a solid into a vacuum. In addition to the Kelvin method, work functions include, for example, Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES), etc. Can be measured using.

以下、各構成の詳細について説明する。 The details of each configuration will be described below.

＜第１電極１１、第２電極１２＞
第１電極１１及び第２電極１２は、例えば図１（ａ）に示すように、離間して設けられる。第１電極１１及び第２電極１２は、例えば第１方向Ｚに離間する。第１電極１１及び第２電極１２は、例えば第２方向Ｘ又は第３方向Ｙに離間して設けられてもよい。 <1st electrode 11, 2nd electrode 12>
The first electrode 11 and the second electrode 12 are provided apart from each other, for example, as shown in FIG. 1 (a). The first electrode 11 and the second electrode 12 are separated from each other in, for example, the first direction Z. The first electrode 11 and the second electrode 12 may be provided apart from each other in, for example, the second direction X or the third direction Y.

各電極１１、１２は、例えば第２方向Ｘ及び第３方向Ｙに延在し、複数設けられてもよい。例えば１つの第２電極１２は、複数の第１電極１１とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。また、例えば１つの第１電極１１は、複数の第２電極１２とそれぞれ異なる位置で対向して設けられてもよい。 A plurality of the electrodes 11 and 12 may be provided, for example, extending in the second direction X and the third direction Y. For example, one second electrode 12 may be provided so as to face a plurality of first electrodes 11 at different positions. Further, for example, one first electrode 11 may be provided so as to face the plurality of second electrodes 12 at different positions.

第１電極１１及び第２電極１２は、例えばそれぞれ異なる仕事関数を有する。第１電極１１及び第２電極１２の材料として、導電性を有する材料が用いられる。第１電極１１及び第２電極１２の材料として、各電極１１、１２として、例えば同一の材料を用いてもよく、この場合、それぞれ異なる仕事関数を有してもよい。 The first electrode 11 and the second electrode 12 have different work functions, for example. As the material of the first electrode 11 and the second electrode 12, a material having conductivity is used. As the materials of the first electrode 11 and the second electrode 12, for example, the same material may be used as the electrodes 11 and 12, and in this case, they may have different work functions.

各電極１１、１２の材料として、例えば鉄、アルミニウム、銅等の単一元素からなる材料が用いられるほか、例えば２種類以上の元素からなる合金の材料が用いられてもよい。各電極１１、１２の材料として、例えば非金属導電物が用いられてもよい。非金属導電物の例としては、シリコン（Ｓｉ：例えばｐ型Ｓｉ、あるいはｎ型Ｓｉ）、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。 As the material of each of the electrodes 11 and 12, for example, a material made of a single element such as iron, aluminum, and copper may be used, or for example, an alloy material made of two or more kinds of elements may be used. As the material of the electrodes 11 and 12, for example, a non-metal conductive material may be used. Examples of the non-metallic conductive material include silicon (Si: for example, p-type Si or n-type Si), carbon-based materials such as graphene, and the like.

第１電極１１及び第２電極１２の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば４ｎｍ以上１μｍ以下である。第１電極１１及び第２電極１２の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば４ｎｍ以上５０ｎｍ以下でもよい。 The thickness of the first electrode 11 and the second electrode 12 along the first direction Z is, for example, 4 nm or more and 1 μm or less. The thickness of the first electrode 11 and the second electrode 12 along the first direction Z may be, for example, 4 nm or more and 50 nm or less.

第１電極１１と、第２電極１２との間の距離を示すギャップＧは、例えば図２に示すように、第１方向Ｚに沿った長さを示す。例えばギャップＧを短くすることで、発電素子１の発電効率を向上させることができる。また、例えばギャップＧを短くすることで、発電素子１の第１方向Ｚに沿った厚さを薄くすることができる。これらのため、ギャップＧは、短いほうが望ましい。 The gap G indicating the distance between the first electrode 11 and the second electrode 12 indicates a length along the first direction Z, for example, as shown in FIG. For example, by shortening the gap G, the power generation efficiency of the power generation element 1 can be improved. Further, for example, by shortening the gap G, the thickness of the power generation element 1 along the first direction Z can be reduced. Therefore, it is desirable that the gap G is short.

ギャップＧは、例えば１０μｍ以下の有限値である。ギャップＧは、例えば１μｍ以上５μｍ以下の場合、ギャップＧのバラつきに伴う発電効率の影響を抑制することができる。ギャップＧは、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の場合、発電効率の向上を図ることができる。ギャップＧは、例えば支持部１７の厚さに依存するほか、例えば同一基板上に各電極１１、１２を設ける場合には、各電極１１、１２の配置条件に依存する。 The gap G is, for example, a finite value of 10 μm or less. When the gap G is, for example, 1 μm or more and 5 μm or less, the influence of the power generation efficiency due to the variation of the gap G can be suppressed. When the gap G is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less, the power generation efficiency can be improved. The gap G depends on, for example, the thickness of the support portion 17, and also depends on the arrangement conditions of the electrodes 11 and 12 when the electrodes 11 and 12 are provided on the same substrate, for example.

＜中間部１４＞
中間部１４は、各電極１１、１２の間に形成された空間１４０内に設けられる。中間部１４は、各電極１１、１２の互いに対向する主面に接するほか、例えば各電極１１、１２の側面に接してもよい。中間部１４は、例えば複数種類のナノ粒子１４１を含んでもよい。 <Middle part 14>
The intermediate portion 14 is provided in the space 140 formed between the electrodes 11 and 12. The intermediate portion 14 may be in contact with the main surfaces of the electrodes 11 and 12 facing each other, or may be in contact with the side surfaces of the electrodes 11 and 12, for example. The intermediate portion 14 may include, for example, a plurality of types of nanoparticles 141.

ナノ粒子１４１の粒子径は、ギャップＧよりも小さい有限値である。ナノ粒子１４１の粒子径は、例えばギャップＧの１／１０以下の有限値である。ナノ粒子１４１の粒子径を、ギャップＧの１／１０以下とすると、空間１４０内にナノ粒子１４１を含む中間部１４を、形成し易くすることができる。これにより、発電素子１を生成する際、作業性を向上させることが可能となる。 The particle size of the nanoparticles 141 is a finite value smaller than the gap G. The particle size of the nanoparticles 141 is, for example, a finite value of 1/10 or less of the gap G. When the particle size of the nanoparticles 141 is set to 1/10 or less of the gap G, it is possible to easily form the intermediate portion 14 containing the nanoparticles 141 in the space 140. This makes it possible to improve workability when generating the power generation element 1.

ここで、「ナノ粒子」とは、複数の粒子を含んだものを示す。ナノ粒子１４１は、例えば２ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含む。ナノ粒子１４１は、例えば、メディアン径（中央径：Ｄ５０）が３ｎｍ以上８ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含んでもよいほか、例えば平均粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下の粒子径を有する粒子を含んでもよい。メディアン径又は平均粒径は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、動的光散乱法を用いた粒度分布計測器（例えばMalvern Panalytical 製ゼータサイザーUltra等）を用いればよい。 Here, the “nanoparticle” refers to a particle containing a plurality of particles. The nanoparticles 141 include particles having a particle size of, for example, 2 nm or more and 100 nm or less. The nanoparticles 141 may include, for example, particles having a median diameter (center diameter: D50) of 3 nm or more and 8 nm or less, or may include particles having an average particle diameter of 3 nm or more and 8 nm or less, for example. good. The median diameter or average particle size can be measured, for example, by using a particle size distribution measuring instrument. As the particle size distribution measuring instrument, for example, a particle size distribution measuring instrument using a dynamic light scattering method (for example, Zeta Sizar Ultra manufactured by Malvern Panalytical) may be used.

ナノ粒子１４１は、例えば導電物を含む。ナノ粒子１４１の仕事関数の値は、例えば、第１電極１１の仕事関数の値と、第２電極１２の仕事関数の値との間にあるほか、例えば第１電極１１の仕事関数の値と、第２電極１２の仕事関数の値との間以外であってもよく、任意である。 Nanoparticles 141 include, for example, conductors. The value of the work function of the nanoparticles 141 is, for example, between the value of the work function of the first electrode 11 and the value of the work function of the second electrode 12, and for example, the value of the work function of the first electrode 11. , It may be other than the value of the work function of the second electrode 12, and is arbitrary.

ナノ粒子１４１は、例えば金属酸化物を含む。金属酸化物を含むナノ粒子１４１として、例えばジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_５）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、セリア（ＣｅＯ_２）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_５、Ｓｂ_２Ｏ_３）などの、金属及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも何れか１つの元素の金属酸化物が用いられる。ナノ粒子１４１が金属酸化物を含むことで、溶媒１４２において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有し易くすることができる。 Nanoparticles 141 include, for example, metal oxides. Examples of the nanoparticles containing metal oxides 141 include zirconia (ZrO ₂ ), titania (TiO ₂ ), silica (SiO ₂ ), alumina (Al ₂ O ₃ ), iron oxide (Fe ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₅ ). , Copper Oxide (CuO), Zinc Oxide (ZnO), Itria (Y ₂ O 3), Niobide Oxide (Nb ₂ O ₅ ), Molybdenum Oxide (MoO ₃ ), Indium Oxide (In ₂ O ₃ ), Tin Oxide (SnO ₂₎ ), Tantal oxide (Ta ₂ O ₅ ), Tungsten oxide (WO ₃ ), Lead oxide (PbO), Bismus oxide (Bi ₂ O ₃ ), Celia (CeO ₂ ), Antimon oxide (Sb ₂ O ₅ , Sb ₂ O) A metal oxide of at least one element selected from the group consisting of metal and Si, such as _{3), is used.} By including the metal oxide in the nanoparticles 141, it is possible to easily have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142.

なお、ナノ粒子１４１が金属酸化物を含むことで、溶媒１４２に対する分散性を向上させることができ、ナノ粒子１４１の凝集に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。また、ナノ粒子１４１が金属酸化物を含むことで、材料の選択肢を増やすことができるほか、材料コストを低減することが可能となる。 Since the nanoparticles 141 contain the metal oxide, the dispersibility in the solvent 142 can be improved, and the decrease in power generation efficiency due to the aggregation of the nanoparticles 141 can be suppressed. Further, since the nanoparticles 141 contain the metal oxide, the choice of materials can be increased and the material cost can be reduced.

また、ナノ粒子１４１は、例えば磁性体を除く金属酸化物を含んでもよい。例えばナノ粒子１４１が、磁性体を示す金属酸化物を含む場合、発電素子１の設置された環境に起因して発生する磁場により、ナノ粒子１４１の移動が制限され得る。このため、ナノ粒子１４１は、磁性体を除く金属酸化物を含むことで、外部環境に起因する磁場の影響を受けずに、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 Further, the nanoparticles 141 may contain, for example, a metal oxide other than a magnetic substance. For example, when the nanoparticles 141 contain a metal oxide showing a magnetic substance, the movement of the nanoparticles 141 may be restricted by the magnetic field generated due to the environment in which the power generation element 1 is installed. Therefore, since the nanoparticles 141 contain a metal oxide other than a magnetic substance, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time without being affected by a magnetic field caused by the external environment.

ナノ粒子１４１は、例えば被膜１４１ａを表面に含む。被膜１４１ａの厚さは、例えば２０ｎｍ以下の有限値である。このような被膜１４１ａをナノ粒子１４１の表面に設けることで、例えば空間１４０内におけるナノ粒子１４１の凝集を抑制することができる。また、例えば電子が、第１電極１１とナノ粒子１４１との間、及び第２電極１２とナノ粒子１４１との間を、トンネル効果等を利用して移動する可能性を高めることが可能となる。 The nanoparticles 141 include, for example, a coating 141a on the surface. The thickness of the coating 141a is, for example, a finite value of 20 nm or less. By providing such a coating 141a on the surface of the nanoparticles 141, for example, aggregation of the nanoparticles 141 in the space 140 can be suppressed. Further, for example, it is possible to increase the possibility that electrons move between the first electrode 11 and the nanoparticles 141 and between the second electrode 12 and the nanoparticles 141 by using the tunnel effect or the like. ..

被膜１４１ａとして、例えばチオール基又はジスルフィド基を有する材料が用いられる。チオール基を有する材料として、例えばドデカンチオール等のアルカンチオールが用いられる。ジスルフィド基を有する材料として、例えばアルカンジスルフィド等が用いられる。 As the coating 141a, for example, a material having a thiol group or a disulfide group is used. As a material having a thiol group, for example, an alkanethiol such as dodecanethiol is used. As a material having a disulfide group, for example, alkane disulfide or the like is used.

溶媒１４２は、例えば有機溶媒を含む。有機溶媒として、例えば芳香族炭化水素化合物、芳香族エステル化合物、芳香族エーテル化合物、芳香族ケトン化合物、脂肪族炭化水素化合物、脂肪族エステル化合物、脂肪族エーテル化合物、脂肪族ケトン化合物、アルコール化合物、アミド化合物、チオール化合物、他の化合物等が用いられ、１種のほか２種以上が用いられてもよい。溶媒１４２が有機溶媒を含むことで、材料コスト低減を図ることが可能となる。 Solvent 142 includes, for example, an organic solvent. Examples of the organic solvent include aromatic hydrocarbon compounds, aromatic ester compounds, aromatic ether compounds, aromatic ketone compounds, aliphatic hydrocarbon compounds, aliphatic ester compounds, aliphatic ether compounds, aliphatic ketone compounds, and alcohol compounds. An amide compound, a thiol compound, another compound and the like are used, and two or more kinds may be used in addition to one kind. Since the solvent 142 contains an organic solvent, it is possible to reduce the material cost.

芳香族炭化水素化合物として、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼン、クメン、メシチレン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン、インダン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、１、２、３、４−テトラヒドロナフタレン、ナフタレン、ヘキシルベンゼン、ヘプチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、１−メチルナフタレン、ビフェニル、２−エチルナフタレン、１−エチルナフタレン、オクチルベンゼン、ジフェニルメタン、１，４−ジメチルナフタレン、ノニルベンゼン、イソプロピルビフェニル、３−エチルビフェニル、ドデシルベンゼン等が用いられる。 Aromatic hydrocarbon compounds include, for example, toluene, xylene, ethylbenzene, cumene, mecitylene, tert-butylbenzene, indan, diethylbenzene, pentylbenzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, naphthalene, hexylbenzene, heptylbenzene, cyclohexyl. Benzene, 1-methylnaphthalene, biphenyl, 2-ethylnaphthalene, 1-ethylnaphthalene, octylbenzene, diphenylmethane, 1,4-dimethylnaphthalene, nonylbenzene, isopropylbiphenyl, 3-ethylbiphenyl, dodecylbenzene and the like are used.

芳香族エステル化合物として、例えば酢酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、プロピオン酸フェニル、安息香酸イソプロピル、４−メチル安息香酸メチル、安息香酸プロピル、安息香酸ブチル、安息香酸イソペンチル、エチルｐ−アニセート、フタル酸ジメチル等が用いられる。 Examples of aromatic ester compounds include phenyl acetate, methyl benzoate, ethyl benzoate, phenyl propionate, isopropyl benzoate, methyl 4-methylbenzoate, propyl benzoate, butyl benzoate, isopentyl benzoate, ethyl p-anisate, etc. Dimethyl phthalate and the like are used.

芳香族エーテル化合物として、例えばジメトキシベンゼン、メトキシトルエン、エチルフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、４−メチルアニソール、２，６−ジメチルアニソール、エチルフェニルエーテル、プロピルフェニルエーテル、２，５−ジメチルアニソール、３，５−ジメチルアニソール、４−エチルアニソール、２，３−ジメチルアニソール、ブチルフェニルエーテル、ｐ−ジメトキシベンゼン、ｐ−プロピルアニソール、ｍ−ジメトキシベンゼン、２−メトキシ安息香酸メチル、１，３−ジプロポキシベンゼン、ジフェニルエーテル、１−メトキシナフタレン、３−フェノキシトルエン、２−エトキシナフタレン、１−エトキシナフタレン等が用いられる。 Examples of aromatic ether compounds include dimethoxybenzene, methoxytoluene, ethylphenyl ether, dibenzyl ether, 4-methylanisole, 2,6-dimethylanisole, ethylphenyl ether, propylphenyl ether, 2,5-dimethylanisole, 3, 5-dimethylanisole, 4-ethylanisole, 2,3-dimethylanisole, butylphenyl ether, p-dimethoxybenzene, p-propylanisole, m-dimethoxybenzene, methyl 2-methoxybenzoate, 1,3-dipropoxybenzene , Diphenyl ether, 1-methoxynaphthalene, 3-phenoxytoluene, 2-ethoxynaphthalene, 1-ethoxynaphthalene and the like are used.

芳香族ケトン化合物として、例えばアセトフェノン、プロピオフェノン、４’−メチルアセトフェノン、４’−エチルアセトフェノン、ブチルフェニルケトン等が用いられる。 As the aromatic ketone compound, for example, acetophenone, propiophenone, 4'-methylacetophenone, 4'-ethylacetophenone, butylphenyl ketone and the like are used.

脂肪族炭化水素化合物として、例えばヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等のナフテン系炭化水素化合物（例えばＥｘｘｓоｌ（登録商標）等）、テトラデカン、Ｓｏｌｖｅｓｓｏ２００（登録商標）、オクタデセン等が用いられる。 As the aliphatic hydrocarbon compound, for example, naphthenic hydrocarbon compounds such as hexane, heptane, octane, cyclohexane (for example, Exxsоl (registered trademark)), tetradecane, Solvesso200 (registered trademark), octadecene and the like are used.

脂肪族エステル化合物として、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、酢酸ヘキシル、乳酸ブチル、乳酸イソアミル、アミルバレラート、エチルレブリレート、γ−バレロラクトン、オクタン酸エチル、γ−ヘキサラクトン、イソアミルヘキサネート、アミルヘキサネート、酢酸ノニル、デカン酸メチル、グルタル酸ジエチル、γ−ヘプタラクトン、ε−カプロラクトン、オクタラクトン、炭酸プロピレン、γ−ノナノラクトン、ヘキサン酸ヘキシル、アジピン酸ジイソプロピル、δ−ノナノラクトン、グリセロール三酢酸、δ−デカノラクトン、アジピン酸ジプロピル、δ−ウンデカラクトン、δ−トリデカノラクトン、δ−ドデカラクトン、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、１，３−ブタンジオールジアセテート、１，４−ブタンジオールジアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等が用いられる。 Examples of aliphatic ester compounds include ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, hexyl acetate, butyl lactate, isoamyl lactate, amylvalerate, ethyl revilliate, γ-valerolactone, ethyl octanate, γ-hexalactone, isoamylhexa. Ester, amylhexanate, nonyl acetate, methyl decanoate, diethyl glutarate, γ-heptalactone, ε-caprolactone, octalactone, propylene carbonate, γ-nonanolactone, hexyl hexanoate, diisopropyl adipate, δ-nonanolactone, glycerol tri Acetic acid, δ-decanolactone, dipropyl adipate, δ-undecanolactone, δ-todecanolactone, δ-dodecalactone, propylene glycol-1-monomethyl ether acetate, propylene glycol diacetate, diethylene glycol diacetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate , 1,3-Butanediol diacetate, 1,4-butanediol diacetate, diethylene glycol monobutyl ether acetate and the like are used.

脂肪族エーテル化合物として、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル等が用いられる。 As the aliphatic ether compound, for example, tetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, diethylene glycol isopropyl methyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, dihexyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, diheptyl ether, dioctyl ether and the like are used. ..

脂肪族ケトン化合物として、例えばジイソブチルケトン、シクロヘプタノン、イソホロン、６−ウンデカノン等が用いられる。 As the aliphatic ketone compound, for example, diisobutyl ketone, cycloheptanone, isophorone, 6-undecanone and the like are used.

アルコール化合物として、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、１−ヘプタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、プロピレングリコ−ル、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチル３−ヒドロキシヘキサネート、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、シクロヘキサノール、２−ブトキシエタノール等が用いられる。 Examples of alcohol compounds include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, 1-heptanol, 2-ethyl-1-hexanol, propylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether and ethyl. 3-Hydroxyhexanate, tripropylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol, cyclohexanol, 2-butoxyethanol and the like are used.

アミド化合物として、例えばＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等が用いられる。 As the amide compound, for example, N, N-dimethylformamide, 2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylacetamide and the like are used.

チオール化合物として、例えば１−ウンデカンチオール、１−ドデカンチオール等が用いられる。 As the thiol compound, for example, 1-undecanethiol, 1-dodecanethiol and the like are used.

他の化合物として、例えばジメチルスルホキシド、アセトン、クロロホルム、塩化メチレン等が用いられる。 As other compounds, for example, dimethyl sulfoxide, acetone, chloroform, methylene chloride and the like are used.

溶媒１４２には、例えば沸点が６０℃以上の液体を用いることができる。このため、室温（例えば１５℃〜３５℃）以上の環境下において、発電素子１を用いた場合であっても、溶媒１４２の気化を抑制することができる。これにより、溶媒１４２の気化に伴う発電素子１の劣化を抑制することができる。 As the solvent 142, for example, a liquid having a boiling point of 60 ° C. or higher can be used. Therefore, the vaporization of the solvent 142 can be suppressed even when the power generation element 1 is used in an environment of room temperature (for example, 15 ° C. to 35 ° C.) or higher. As a result, deterioration of the power generation element 1 due to vaporization of the solvent 142 can be suppressed.

＜第１基板１５、第２基板１６＞
第１基板１５は、例えば図１（ａ）に示すように、第１電極１１と接し、第２電極１２と離間する。第１基板１５は、第１電極１１を固定する。第２基板１６は、第２電極１２と接し、第１電極１１と離間する。第２基板１６は、第２電極１２を固定する。第１基板１５及び第２基板１６は、例えば各電極１１、１２及び中間部１４を挟み、第１方向Ｚに離間して設けられる。 <1st substrate 15, 2nd substrate 16>
As shown in FIG. 1A, for example, the first substrate 15 is in contact with the first electrode 11 and is separated from the second electrode 12. The first substrate 15 fixes the first electrode 11. The second substrate 16 is in contact with the second electrode 12 and is separated from the first electrode 11. The second substrate 16 fixes the second electrode 12. The first substrate 15 and the second substrate 16 are provided, for example, with the electrodes 11, 12 and the intermediate portion 14 interposed therebetween, separated from each other in the first direction Z.

各基板１５、１６の第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば１０μｍ以上２ｍｍ以下である。各基板１５、１６の厚さは、任意に設定することができる。各基板１５、１６の形状は、例えば正方形や長方形の四角形のほか、円盤状等でもよく、用途に応じて任意に設定することができる。 The thickness of each of the substrates 15 and 16 along the first direction Z is, for example, 10 μm or more and 2 mm or less. The thickness of each of the substrates 15 and 16 can be set arbitrarily. The shapes of the substrates 15 and 16 may be, for example, a square or a rectangular quadrangle, or may be a disk shape or the like, and can be arbitrarily set according to the intended use.

各基板１５、１６として、例えば絶縁性を有する板状の部材を用いることができ、例えばシリコン、石英、パイレックス（登録商標）等の公知の部材を用いることができる。各基板１５、１６は、例えばフィルム状の部材が用いられてもよく、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＣ（polycarbonate）、及びポリイミド等の公知のフィルム状部材が用いられてもよい。 As the substrates 15 and 16, for example, a plate-shaped member having an insulating property can be used, and for example, known members such as silicon, quartz, and Pyrex (registered trademark) can be used. For each of the substrates 15 and 16, for example, a film-like member may be used, and for example, known film-like members such as PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), and polyimide may be used.

各基板１５、１６として、例えば導電性を有する部材を用いることができ、例えば鉄、アルミニウム、銅、又はアルミニウムと銅との合金等を挙げることができる。また、各基板１５、１６としては、例えばＳｉ、ＧａＮ等の導電性を有する半導体の他、導電性高分子等の部材を用いてもよい。各基板１５、１６に導電性を有する部材を用いる場合、各電極１１、１２に接続するための配線が不要となる。 As the substrates 15 and 16, for example, a conductive member can be used, and examples thereof include iron, aluminum, copper, or an alloy of aluminum and copper. Further, as the substrates 15 and 16, for example, a semiconductor having conductivity such as Si or GaN, or a member such as a conductive polymer may be used. When a conductive member is used for each of the substrates 15 and 16, wiring for connecting to each of the electrodes 11 and 12 becomes unnecessary.

＜支持部１７＞
支持部１７は、例えば第１基板１５と、第２基板１６との間に設けられ、中間部１４と接する。支持部１７は、例えばギャップＧに沿って設けられる。支持部１７は、各電極１１、１２に接して設けられるほか、例えば各基板１５、１６に接して設けられてもよく、例えば図１（ａ）に示すように、第１基板１５、及び第２電極１２と接して設けられてもよい。 <Support 17>
The support portion 17 is provided between, for example, the first substrate 15 and the second substrate 16 and is in contact with the intermediate portion 14. The support portion 17 is provided, for example, along the gap G. The support portion 17 may be provided in contact with the electrodes 11 and 12, for example, and may be provided in contact with the substrates 15 and 16, for example, as shown in FIG. 1A, the first substrate 15 and the first substrate 17 and the support portion 17 are provided. It may be provided in contact with the two electrodes 12.

支持部１７は、例えば図１（ｂ）に示すように、第２方向Ｘに沿って延在する。支持部１７は、例えば中間部１４の漏れを防ぐために設けられ、例えば支持部１７の側面に接する封止部２１を設けることで、中間部１４を密閉することができる。 The support portion 17 extends along the second direction X, for example, as shown in FIG. 1 (b). The support portion 17 is provided, for example, to prevent leakage of the intermediate portion 14, and for example, the intermediate portion 14 can be sealed by providing a sealing portion 21 in contact with the side surface of the support portion 17.

支持部１７として、例えば絶縁性を有する材料が用いられる。支持部１７として、例えばシリコン酸化物、及びポリマー等を挙げることができる。ポリマーの例としては、ポリイミド、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、及びポリスチレン等を挙げることができる。 As the support portion 17, for example, a material having an insulating property is used. Examples of the support portion 17 include silicon oxides and polymers. Examples of the polymer include polyimide, PMMA (Polymethylcrylic), polystyrene and the like.

なお、支持部１７は、例えば第１基板１５及び第２基板１６の少なくとも何れかの一部を、酸化させて設けられてもよい。この場合、支持部１７を容易に設けることができる。 The support portion 17 may be provided by oxidizing at least a part of, for example, the first substrate 15 and the second substrate 16. In this case, the support portion 17 can be easily provided.

なお、例えば支持部１７を設けずに、中間部１４を密閉するように、各基板１５、１６同士を接合してもよい。この場合、支持部１７を形成する際のバラつきを考慮する必要が無いため、ギャップＧを高精度に保つことができる。 Note that, for example, the substrates 15 and 16 may be joined to each other so as to seal the intermediate portion 14 without providing the support portion 17. In this case, since it is not necessary to consider the variation when forming the support portion 17, the gap G can be maintained with high accuracy.

（実施形態：発電素子１の製造方法）
次に、本実施形態における発電素子１の製造方法の一例を説明する。図３は、本実施形態における発電素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。 (Embodiment: Manufacturing Method of Power Generation Element 1)
Next, an example of the manufacturing method of the power generation element 1 in the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the manufacturing method of the power generation element 1 in the present embodiment.

発電素子１の製造方法は、計測工程Ｓ１１０と、素子形成工程Ｓ１２０とを備える。 The method for manufacturing the power generation element 1 includes a measurement step S110 and an element forming step S120.

＜計測工程Ｓ１１０＞
計測工程Ｓ１１０は、溶媒１４２にナノ粒子１４１を分散させ、溶媒１４２においてナノ粒子１４１が０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有するか否かを計測する。計測工程Ｓ１１０は、公知の技術を用いて、溶媒１４２にナノ粒子１４１を分散させる。その後、上述した計測器等を用いて、ナノ粒子１４１のゼータ電位を計測する。 <Measurement process S110>
In the measurement step S110, the nanoparticles 141 are dispersed in the solvent 142, and whether or not the nanoparticles 141 have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142 is measured. In the measurement step S110, the nanoparticles 141 are dispersed in the solvent 142 by using a known technique. Then, the zeta potential of the nanoparticles 141 is measured using the above-mentioned measuring instrument or the like.

例えばゼータ電位が０ｍｅＶを超える場合、次の素子形成工程Ｓ１２０を実施する。例えばゼータ電位が０ｍｅＶ以下の場合、ナノ粒子１４１又は溶媒１４２の材料や、他の製造ロットに変更し、再び溶媒１４２にナノ粒子１４１を分散させて上記計測を実施する。 For example, when the zeta potential exceeds 0 meV, the next element forming step S120 is performed. For example, when the zeta potential is 0 meV or less, the material of the nanoparticles 141 or the solvent 142 or another production lot is changed, and the nanoparticles 141 are dispersed in the solvent 142 again to carry out the above measurement.

＜素子形成工程Ｓ１２０＞
素子形成工程Ｓ１２０は、例えば図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、第１電極１１、第２電極１２、及び中間部１４をそれぞれ形成する。素子形成工程Ｓ１２０では、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、先ず各電極１１、１２を形成する。第１電極１１は、例えば第１基板１５上に形成する。第２電極１２は、例えば第２基板１６上に形成する。各電極１１、１２は、例えば公知の技術により形成される。 <Element forming step S120>
In the element forming step S120, for example, as shown in FIGS. 4A to 4C, the first electrode 11, the second electrode 12, and the intermediate portion 14 are formed, respectively. In the element forming step S120, for example, as shown in FIGS. 4A and 4B, the electrodes 11 and 12 are first formed. The first electrode 11 is formed on, for example, the first substrate 15. The second electrode 12 is formed on, for example, the second substrate 16. Each of the electrodes 11 and 12 is formed by, for example, a known technique.

例えば、各基板１５、１６上、及び各電極１１、１２上の何れかには、支持部１７を形成してもよい。支持部１７は、例えば公知の技術により形成される。 For example, a support portion 17 may be formed on any of the substrates 15 and 16 and on the electrodes 11 and 12. The support portion 17 is formed by, for example, a known technique.

なお、第１基板１５の一部を酸化させて支持部１７を形成する場合は、第１電極１１を形成する前に行われる。先ず、第１基板１５を高温でアニール処理して第１基板１５に酸化膜を形成する。その後、酸化膜に対してレジスト塗布、露光、エッチング法等を用いて、酸化膜の一部を除去することで、酸化膜の残った部分が、支持部１７として形成される。その後、支持部１７の形成されていない第１基板１５上に、第１電極１１を形成する。 When a part of the first substrate 15 is oxidized to form the support portion 17, the process is performed before the first electrode 11 is formed. First, the first substrate 15 is annealed at a high temperature to form an oxide film on the first substrate 15. After that, a part of the oxide film is removed by applying a resist, exposing, etching, or the like to the oxide film, so that the remaining portion of the oxide film is formed as a support portion 17. After that, the first electrode 11 is formed on the first substrate 15 on which the support portion 17 is not formed.

各電極１１、１２を形成後、必要に応じてダイシングにより各基板１５、１６を切断する。その後、例えば図４（ｃ）に示すように、第１電極１１と、第２電極１２とを対向させた状態で、各基板１５、１６を積層する。この際、熱圧着等の公知の技術により、支持部１７が、第２基板１６等に固設される。これにより、各電極１１、１２が離間した状態で固定される。 After forming the electrodes 11 and 12, the substrates 15 and 16 are cut by dicing as necessary. Then, for example, as shown in FIG. 4C, the substrates 15 and 16 are laminated with the first electrode 11 and the second electrode 12 facing each other. At this time, the support portion 17 is fixed to the second substrate 16 or the like by a known technique such as thermocompression bonding. As a result, the electrodes 11 and 12 are fixed in a separated state.

その後、第１電極１１と、第２電極１２との間に、ナノ粒子１４１を含む中間部１４を形成する。中間部１４は、空間１４０に形成する。中間部１４は、例えばナノ粒子１４１を分散させた溶媒１４２を、毛細管現象等の公知の技術を用いて空間１４０に注入する。その後、例えば図１（ｂ）に示すような、封止部２１等を形成する。 After that, an intermediate portion 14 containing nanoparticles 141 is formed between the first electrode 11 and the second electrode 12. The intermediate portion 14 is formed in the space 140. In the intermediate portion 14, for example, a solvent 142 in which nanoparticles 141 are dispersed is injected into the space 140 by using a known technique such as a capillary phenomenon. After that, for example, the sealing portion 21 and the like as shown in FIG. 1 (b) are formed.

上述した各工程を実施することで、本実施形態における発電素子１が形成される。なお、形成された発電素子１に、例えば図１（ａ）に示す各配線１０１、１０２等を接続させることで、本実施形態における発電装置１００が形成される。また、例えば素子形成工程Ｓ１２０のあと、計測工程Ｓ１１０を実施してもよい。この場合、素子形成工程Ｓ１２０において利用した溶媒１４２及びナノ粒子１４１の残りを用いて、計測工程Ｓ１１０を実施してもよい。 By carrying out each of the above steps, the power generation element 1 according to the present embodiment is formed. The power generation device 100 according to the present embodiment is formed by connecting, for example, the wirings 101, 102, etc. shown in FIG. 1A to the formed power generation element 1. Further, for example, the measurement step S110 may be performed after the element forming step S120. In this case, the measurement step S110 may be performed using the rest of the solvent 142 and the nanoparticles 141 used in the device forming step S120.

（実施形態：電子機器５００）
＜電子機器５００＞
上述した発電素子１及び発電装置１００は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。 (Embodiment: Electronic device 500)
<Electronic equipment 500>
The power generation element 1 and the power generation device 100 described above can be mounted on, for example, an electronic device. Hereinafter, some embodiments of the electronic device will be described.

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、発電素子１を備えた電子機器５００の例を示す模式ブロック図である。図５（ｅ）〜図５（ｈ）は、発電素子１を含む発電装置１００を備えた電子機器５００の例を示す模式ブロック図である。 5 (a) to 5 (d) are schematic block diagrams showing an example of an electronic device 500 provided with a power generation element 1. 5 (e) to 5 (h) are schematic block diagrams showing an example of an electronic device 500 including a power generation device 100 including a power generation element 1.

図５（ａ）に示すように、電子機器５００（エレクトリックプロダクト）は、電子部品５０１（エレクトロニックコンポーネント）と、主電源５０２と、補助電源５０３と、を備えている。電子機器５００及び電子部品５０１のそれぞれは、電気的な機器（エレクトリカルデバイス）である。 As shown in FIG. 5A, the electronic device 500 (electric product) includes an electronic component 501 (electronic component), a main power supply 502, and an auxiliary power supply 503. Each of the electronic device 500 and the electronic component 501 is an electrical device (electrical device).

電子部品５０１は、主電源５０２を電源に用いて駆動される。電子部品５０１の例としては、例えば、ＣＰＵ、モーター、センサ端末、及び照明等を挙げることができる。電子部品５０１が、例えばＣＰＵである場合、電子機器５００には、内蔵されたマスター（ＣＰＵ）によって制御可能な電子機器が含まれる。電子部品５０１が、例えば、モーター、センサ端末、及び照明等の少なくとも１つを含む場合、電子機器５００には、外部にあるマスター、あるいは人によって制御可能な電子機器が含まれる。 The electronic component 501 is driven by using the main power source 502 as a power source. Examples of the electronic component 501 include a CPU, a motor, a sensor terminal, lighting, and the like. When the electronic component 501 is, for example, a CPU, the electronic device 500 includes an electronic device that can be controlled by a built-in master (CPU). When the electronic component 501 includes, for example, at least one of a motor, a sensor terminal, a lighting, and the like, the electronic device 500 includes an external master, or an electronic device that can be controlled by a person.

主電源５０２は、例えば電池である。電池には、充電可能な電池も含まれる。主電源５０２のプラス端子（＋）は、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）と電気的に接続される。主電源５０２のマイナス端子（−）は、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）と電気的に接続される。 The main power source 502 is, for example, a battery. Batteries also include rechargeable batteries. The positive terminal (+) of the main power supply 502 is electrically connected to the Vcc terminal (Vcc) of the electronic component 501. The negative terminal (−) of the main power supply 502 is electrically connected to the GND terminal (GND) of the electronic component 501.

補助電源５０３は、発電素子１である。発電素子１は、上述した発電素子１の少なくとも１つを含む。電子機器５００において、補助電源５０３は、例えば主電源５０２と併用され、主電源５０２をアシストするための電源や、主電源５０２の容量が切れた場合、主電源５０２をバックアップするための電源として使うことができる。主電源５０２が充電可能な電池である場合には、補助電源５０３は、さらに、電池を充電するための電源としても使うことができる。 The auxiliary power supply 503 is a power generation element 1. The power generation element 1 includes at least one of the power generation elements 1 described above. In the electronic device 500, the auxiliary power supply 503 is used in combination with the main power supply 502, for example, as a power supply for assisting the main power supply 502 or as a power supply for backing up the main power supply 502 when the capacity of the main power supply 502 is exhausted. be able to. When the main power source 502 is a rechargeable battery, the auxiliary power source 503 can also be used as a power source for charging the battery.

図５（ｂ）に示すように、主電源５０２は、発電素子１とされてもよい。図５（ｂ）に示す電子機器５００は、主電源５０２として使用される発電素子１と、発電素子１を用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を備えている。発電素子１は、独立した電源（例えばオフグリッド電源）である。このため、電子機器５００は、例えば自立型（スタンドアローン型）にできる。しかも、発電素子１は、環境発電型（エナジーハーベスト型）である。図５（ｂ）に示す電子機器５００は、電池の交換が不要である。 As shown in FIG. 5B, the main power source 502 may be the power generation element 1. The electronic device 500 shown in FIG. 5B includes a power generation element 1 used as a main power source 502 and an electronic component 501 that can be driven by the power generation element 1. The power generation element 1 is an independent power source (for example, an off-grid power source). Therefore, the electronic device 500 can be made, for example, a self-supporting type (stand-alone type). Moreover, the power generation element 1 is an energy harvesting type (energy harvesting type). In the electronic device 500 shown in FIG. 5B, it is not necessary to replace the battery.

図５（ｃ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１を備えていてもよい。発電素子１のアノードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＧＮＤ配線と電気的に接続される。発電素子１のカソードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＶｃｃ配線と電気的に接続される。この場合、発電素子１は、電子部品５０１の、例えば補助電源５０３として使うことができる。 As shown in FIG. 5C, the electronic component 501 may include the power generation element 1. The anode of the power generation element 1 is electrically connected to, for example, the GND wiring of the circuit board (not shown). The cathode of the power generation element 1 is electrically connected to, for example, the Vcc wiring of a circuit board (not shown). In this case, the power generation element 1 can be used as an electronic component 501, for example, an auxiliary power supply 503.

図５（ｄ）に示すように、電子部品５０１が発電素子１を備えている場合、発電素子１は、電子部品５０１の、例えば主電源５０２として使うことができる。 As shown in FIG. 5D, when the electronic component 501 includes the power generation element 1, the power generation element 1 can be used as, for example, the main power source 502 of the electronic component 501.

図５（ｅ）〜図５（ｈ）のそれぞれに示すように、電子機器５００は、発電装置１００を備えていてもよい。発電装置１００は、電気エネルギーの源として発電素子１を含む。 As shown in each of FIGS. 5 (e) to 5 (h), the electronic device 500 may include a power generation device 100. The power generation device 100 includes a power generation element 1 as a source of electric energy.

図５（ｄ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源５０２として使用される発電素子１を備えている。同様に、図５（ｈ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源として使用される発電装置１００を備えている。これらの実施形態では、電子部品５０１が、独立した電源を持つ。このため、電子部品５０１を、例えば自立型とすることができる。自立型の電子部品５０１は、例えば、複数の電子部品を含み、かつ、少なくとも１つの電子部品が別の電子部品と離れているような電子機器に有効に用いることができる。そのような電子機器５００の例は、センサである。センサは、センサ端末（スレーブ）と、センサ端末から離れたコントローラ（マスター）と、を備えている。センサ端末及びコントローラのそれぞれは、電子部品５０１である。センサ端末が、発電素子１又は発電装置１００を備えていれば、自立型のセンサ端末となり、有線での電力供給の必要がない。発電素子１又は発電装置１００は環境発電型であるので、電池の交換も不要である。センサ端末は、電子機器５００の１つと見なすこともできる。電子機器５００と見なされるセンサ端末には、センサのセンサ端末に加えて、例えば、ＩｏＴワイヤレスタグ等が、さらに含まれる。 The embodiment shown in FIG. 5D includes a power generation element 1 in which the electronic component 501 is used as the main power source 502. Similarly, the embodiment shown in FIG. 5H includes a power generation device 100 in which the electronic component 501 is used as the main power source. In these embodiments, the electronic component 501 has an independent power source. Therefore, the electronic component 501 can be made, for example, a self-standing type. The self-supporting electronic component 501 can be effectively used, for example, in an electronic device including a plurality of electronic components and in which at least one electronic component is separated from another electronic component. An example of such an electronic device 500 is a sensor. The sensor includes a sensor terminal (slave) and a controller (master) away from the sensor terminal. Each of the sensor terminal and the controller is an electronic component 501. If the sensor terminal includes the power generation element 1 or the power generation device 100, it becomes a self-supporting sensor terminal, and there is no need to supply electric power by wire. Since the power generation element 1 or the power generation device 100 is an energy harvesting type, it is not necessary to replace the battery. The sensor terminal can also be regarded as one of the electronic devices 500. The sensor terminal regarded as the electronic device 500 further includes, for example, an IoT wireless tag in addition to the sensor terminal of the sensor.

図５（ａ）〜図５（ｈ）のそれぞれに示した実施形態において共通することは、電子機器５００は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子１と、発電素子１を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を含むことである。 What is common to the embodiments shown in FIGS. 5A to 5H is that the electronic device 500 uses a power generation element 1 that converts thermal energy into electrical energy and a power generation element 1 as a power source. It includes an electronic component 501 that can be driven.

電子機器５００は、独立した電源を備えた自律型（オートノマス型）であってもよい。自律型の電子機器の例は、例えばロボット等を挙げることができる。さらに、発電素子１又は発電装置１００を備えた電子部品５０１は、独立した電源を備えた自律型であってもよい。自律型の電子部品の例は、例えば可動センサ端末等を挙げることができる。 The electronic device 500 may be an autonomous type (autonomous type) having an independent power supply. Examples of autonomous electronic devices include robots and the like. Further, the electronic component 501 including the power generation element 1 or the power generation device 100 may be an autonomous type having an independent power source. Examples of autonomous electronic components include movable sensor terminals and the like.

次に、本実施形態における発電素子１の実施例について説明する。 Next, an embodiment of the power generation element 1 in this embodiment will be described.

実施例では、それぞれ材料の異なるナノ粒子及び溶媒を発電素子に注入し、発生する電圧を計測した。この結果より、経時に伴う発電効率の低下を抑制するために有効な、ナノ粒子の有するゼータ電位の特徴を明確にすることができた。以下、詳細を説明する。 In the example, nanoparticles and solvents of different materials were injected into the power generation element, and the generated voltage was measured. From this result, it was possible to clarify the characteristics of the zeta potential of the nanoparticles, which is effective for suppressing the decrease in power generation efficiency with time. The details will be described below.

本実施例では、実施例１〜４、及び比較例１〜４に用いるナノ粒子及び溶媒を用意し、溶媒に分散されたナノ粒子のゼータ電位を計測した。実施例１〜４では、ナノ粒子としてＦｅ_２Ｏ_５を用い、溶媒としてＥｘｘｓоｌ（登録商標）Ｄ１３０を用いた。比較例１〜４では、ナノ粒子としてＡｕを用い、溶媒としてテトラデカンを用いた。実施例１〜４のゼータ電位は正を示し、比較例１〜４のゼータ電位は負を示した。なお、ゼータ電位は、上述した電気泳動光散乱測定装置（Malvern Panalytical 製ゼータサイザーUltra）を用いて計測した。 In this example, the nanoparticles and solvent used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were prepared, and the zeta potential of the nanoparticles dispersed in the solvent was measured. In Examples 1 to 4, Fe ₂ O ₅ was used as the nanoparticles and Exsоl® D130 was used as the solvent. In Comparative Examples 1 to 4, Au was used as the nanoparticles and tetradecane was used as the solvent. The zeta potentials of Examples 1 to 4 showed positive, and the zeta potentials of Comparative Examples 1 to 4 showed negative. The zeta potential was measured using the above-mentioned electrophoretic light scattering measuring device (Zeta Sizar Ultra manufactured by Malvern Panalytical).

また、本実施例では、基板に固定された電極を２つ用意し、一方の電極上に支持部を形成し、支持部を介して他方の電極を積層することで、電極間の距離（ギャップ）を有する素子を形成した。 Further, in this embodiment, two electrodes fixed to the substrate are prepared, a support portion is formed on one electrode, and the other electrode is laminated via the support portion, whereby a distance (gap) between the electrodes (gap) is obtained. ) Was formed.

実施例１〜４では、第１電極としてＰｔを用い、第２電極としてＴｉを用いた。比較例１では、第１電極としてＰｔを用い、第２電極としてＴｉを用いた。比較例２では、第１電極としてＡｕを用い、第２電極としてＴｉを用いた。比較例３では、第１電極としてＡｕを用い、第２電極としてＡｌを用いた。比較例４では、第１電極としてＴｉを用い、第２電極としてＡｌを用いた。 In Examples 1 to 4, Pt was used as the first electrode and Ti was used as the second electrode. In Comparative Example 1, Pt was used as the first electrode and Ti was used as the second electrode. In Comparative Example 2, Au was used as the first electrode and Ti was used as the second electrode. In Comparative Example 3, Au was used as the first electrode and Al was used as the second electrode. In Comparative Example 4, Ti was used as the first electrode and Al was used as the second electrode.

実施例１〜４では、ギャップをそれぞれ４．０μｍ、３．２μｍ、１．７μｍ、１．４μｍとした。比較例１〜４では、ギャップをそれぞれ３．０μｍ、３．０μｍ、２．８μｍ、２．５μｍとした。 In Examples 1 to 4, the gaps were set to 4.0 μm, 3.2 μm, 1.7 μm, and 1.4 μm, respectively. In Comparative Examples 1 to 4, the gaps were set to 3.0 μm, 3.0 μm, 2.8 μm, and 2.5 μm, respectively.

また、実施例１〜４、比較例１〜４では、基板の材料として石英を用い、支持部としてサイトップ（登録商標）を用いた。なお、ギャップは、精密位置決めステージを利用した電極間微小ギャップ形成装置（株式会社三明製）を用い、電極間の静電容量からギャップを計測した。 Further, in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, quartz was used as the substrate material, and Cytop (registered trademark) was used as the support portion. The gap was measured from the capacitance between the electrodes using a microgap forming device between electrodes (manufactured by Sanmei Co., Ltd.) using a precision positioning stage.

上記より生成した計測用の素子にナノ粒子及び溶媒を注入し、５００ｋΩの抵抗を接続した状態で、計測開始直後（０ｈ）、及び計測開始後１０時間（１０ｈ）のそれぞれにおける電圧を計測し、経時変化を電圧比として算出した。算出結果は、表１における「電圧比」に記載した通りである。 Nanoparticles and a solvent were injected into the measurement device generated from the above, and the voltage was measured immediately after the start of measurement (0h) and 10 hours after the start of measurement (10h) with a resistor of 500 kΩ connected. The change with time was calculated as a voltage ratio. The calculation results are as described in "Voltage ratio" in Table 1.

表１に示すように、比較例１〜４のうち比較例１の電圧比が、比較例２〜４に比べて高い値を示した。また、実施例１〜４の電圧比は、何れも比較例１に比べて高い値を示した。このため、実施例１〜４では、比較例１〜４に比べて電圧の減少傾向が改善されていることを確認した。 As shown in Table 1, the voltage ratio of Comparative Example 1 among Comparative Examples 1 to 4 was higher than that of Comparative Examples 2 to 4. Further, the voltage ratios of Examples 1 to 4 showed higher values than those of Comparative Example 1. Therefore, in Examples 1 to 4, it was confirmed that the decreasing tendency of the voltage was improved as compared with Comparative Examples 1 to 4.

上記を踏まえ、ナノ粒子が、溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する場合、０ｍｅＶ以下のゼータ電位を有する場合に比べて、経時に伴う発電効率の減少が抑制されていることを確認した。 Based on the above, it was confirmed that when the nanoparticles have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent, the decrease in power generation efficiency with time is suppressed as compared with the case where the nanoparticles have a zeta potential of 0 meV or less.

本実施形態によれば、第２電極１２は、第１電極１１と対向して設けられ、第１電極１１よりも高電位を示す。また、ナノ粒子１４１は、溶媒１４２において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。即ち、各電極間１１、１２の電位差に基づき、ナノ粒子１４１が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子１４１の移動する向きの傾向を変えることができる。このため、経時に伴いナノ粒子１４１が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 According to the present embodiment, the second electrode 12 is provided so as to face the first electrode 11, and exhibits a higher potential than the first electrode 11. Further, the nanoparticles 141 have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142. That is, based on the potential difference between the electrodes 11 and 12, the tendency of the nanoparticle 141 to move can be changed in each state of whether or not the nanoparticles 141 are receiving electrons. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles 141 from being unevenly distributed on one electrode side with time. This makes it possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time.

また、本実施形態によれば、第２電極１２の仕事関数は、第１電極１１の仕事関数よりも小さい。このため、各電極１１、１２の組合せによって特定の電位差を安定して形成することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the work function of the second electrode 12 is smaller than the work function of the first electrode 11. Therefore, a specific potential difference can be stably formed by the combination of the electrodes 11 and 12. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

また、本実施形態によれば、ナノ粒子１４１は、金属酸化物を含む。このため、他の材料に比べて、溶媒１４２に分散された状態を維持し易くすることができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the nanoparticles 141 contain a metal oxide. Therefore, as compared with other materials, it is possible to easily maintain the state of being dispersed in the solvent 142. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

また、本実施形態によれば、溶媒１４２は、有機溶媒を含む。このため、他の溶媒に比べて、ナノ粒子１４１の有するゼータ電位を維持し易くなる。これにより、経時に伴う発電効率の低下をさらに抑制することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the solvent 142 contains an organic solvent. Therefore, it becomes easier to maintain the zeta potential of the nanoparticles 141 as compared with other solvents. This makes it possible to further suppress a decrease in power generation efficiency with time.

また、本実施形態によれば、ナノ粒子１４１は、磁性体を除く金属酸化物を含む。このため、外部環境に起因する磁場の影響を受けずに、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the nanoparticles 141 contain metal oxides other than magnetic substances. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time without being affected by a magnetic field caused by the external environment.

また、本実施形態によれば、発電装置１００は、発電素子１を備える。このため、経時に伴う発電効率の低下を抑制した発電装置１００の実現が可能となる。 Further, according to the present embodiment, the power generation device 100 includes a power generation element 1. Therefore, it is possible to realize a power generation device 100 that suppresses a decrease in power generation efficiency with time.

また、本実施形態によれば、電子機器５００は、発電素子１を備える。このため、経時に伴う発電効率の低下を抑制した電子機器５００の実現が可能となる。 Further, according to the present embodiment, the electronic device 500 includes a power generation element 1. Therefore, it is possible to realize the electronic device 500 in which the decrease in power generation efficiency with time is suppressed.

また、本実施形態によれば、第２電極１２は、第１電極１１と対向して設けられ、第１電極１１よりも高電位を示す。また、ナノ粒子１４１は、溶媒１４２において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有する。即ち、各電極間１１、１２の電位差に基づき、ナノ粒子１４１が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子１４１の移動する向きの傾向を変えることができる。このため、経時に伴いナノ粒子１４１が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、発電する際、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the second electrode 12 is provided so as to face the first electrode 11, and exhibits a higher potential than the first electrode 11. Further, the nanoparticles 141 have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142. That is, based on the potential difference between the electrodes 11 and 12, the tendency of the nanoparticle 141 to move can be changed in each state of whether or not the nanoparticles 141 are receiving electrons. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles 141 from being unevenly distributed on one electrode side with time. This makes it possible to suppress a decrease in power generation efficiency with time when generating power.

また、本実施形態によれば、計測工程Ｓ１１０は、溶媒１４２においてナノ粒子１４１が０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有するか否かを計測する。即ち、計測工程Ｓ１１０の実施により、各電極１１、１２間の電位差が発生した際、ナノ粒子１４１が電子を受取っているか否かの各状態において、ナノ粒子１４１の移動する向きの傾向を変えることができるか否かを判定することができる。このため、経時に伴いナノ粒子１４１が一方の電極側に偏在することを抑制することができる。これにより、経時に伴う発電効率の低下を抑制することが可能となる発電素子１の製造を実現できる。 Further, according to the present embodiment, the measurement step S110 measures whether or not the nanoparticles 141 have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent 142. That is, when the potential difference between the electrodes 11 and 12 is generated by the implementation of the measurement step S110, the tendency of the nanoparticles 141 to move is changed in each state of whether or not the nanoparticles 141 are receiving electrons. Can be determined. Therefore, it is possible to prevent the nanoparticles 141 from being unevenly distributed on one electrode side with time. As a result, it is possible to realize the production of the power generation element 1 capable of suppressing the decrease in power generation efficiency with time.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１：発電素子
１１：第１電極
１２：第２電極
１４：中間部
１５：第１基板
１６：第２基板
１７：支持部
２１：封止部
１００：発電装置
１０１：第１配線
１０２：第２配線
１４０：空間
１４１：ナノ粒子
１４１ａ：被膜
１４２：溶媒
５００：電子機器
５０１：電子部品
５０２：主電源
５０３：補助電源
Ｇ：ギャップ
Ｒ：負荷
Ｓ１１０：計測工程
Ｓ１２０：素子形成工程
Ｘ：第２方向
Ｙ：第３方向
Ｚ：第１方向 1: Power generation element 11: First electrode 12: Second electrode 14: Intermediate portion 15: First substrate 16: Second substrate 17: Support portion 21: Sealing portion 100: Power generation device 101: First wiring 102: Second Wiring 140: Space 141: Nanoparticle 141a: Coating 142: Solvent 500: Electronic device 501: Electronic component 502: Main power source 503: Auxiliary power source G: Gap R: Load S110: Measurement process S120: Element forming process X: Second direction Y: 3rd direction Z: 1st direction

Claims

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子であって、
第１電極と、
前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極よりも高電位を示す第２電極と、
前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部と、
を備え、
前記ナノ粒子は、前記溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有すること
を特徴とする発電素子。 A power generation element that converts thermal energy into electrical energy.
With the first electrode
A second electrode, which is provided so as to face the first electrode and exhibits a higher potential than the first electrode,
An intermediate portion provided between the first electrode and the second electrode and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed, and an intermediate portion.
With
A power generation element characterized in that the nanoparticles have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent.

前記第２電極の仕事関数は、前記第１電極の仕事関数よりも小さいこと
を特徴とする請求項１記載の発電素子。 The power generation element according to claim 1, wherein the work function of the second electrode is smaller than the work function of the first electrode.

前記ナノ粒子は、金属酸化物を含むこと
を特徴とする請求項１又は２記載の発電素子。 The power generation element according to claim 1 or 2, wherein the nanoparticles contain a metal oxide.

前記溶媒は、有機溶媒を含むこと
を特徴とする請求項３記載の発電素子。 The power generation element according to claim 3, wherein the solvent contains an organic solvent.

前記ナノ粒子は、磁性体を除く金属酸化物を含むこと
を特徴とする請求項１又は２記載の発電素子。 The power generation element according to claim 1 or 2, wherein the nanoparticles contain a metal oxide other than a magnetic substance.

請求項１記載の発電素子と、
前記第１電極と電気的に接続された第１配線と、
前記第２電極と電気的に接続された第２配線と、
を備えること
を特徴とする発電装置。 The power generation element according to claim 1 and
The first wiring electrically connected to the first electrode and
The second wiring electrically connected to the second electrode and
A power generation device characterized by being equipped with.

請求項１記載の発電素子と、
前記発電素子を電源に用いて駆動する電子部品と
を備えること
を特徴とする電子機器。 The power generation element according to claim 1 and
An electronic device including electronic components that are driven by using the power generation element as a power source.

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の発電方法であって、
第１電極と、
前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極よりも高電位を示す第２電極と、
前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、ナノ粒子を分散させた溶媒を含む中間部と、
を備え、
前記ナノ粒子は、前記溶媒内において０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有し、
前記ナノ粒子を介して、前記第１電極から前記第２電極へ電子を受け渡し、
前記ゼータ電位に基づき、前記ナノ粒子を前記第２電極から前記第１電極へ移動させることを含むこと
を特徴とする発電方法。 It is a power generation method for power generation elements that convert thermal energy into electrical energy.
With the first electrode
A second electrode, which is provided so as to face the first electrode and exhibits a higher potential than the first electrode,
An intermediate portion provided between the first electrode and the second electrode and containing a solvent in which nanoparticles are dispersed, and an intermediate portion.
With
The nanoparticles have a zeta potential greater than 0 meV in the solvent.
Electrons are transferred from the first electrode to the second electrode via the nanoparticles.
A power generation method comprising moving the nanoparticles from the second electrode to the first electrode based on the zeta potential.

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子の製造方法であって、
溶媒にナノ粒子を分散させ、前記溶媒内において前記ナノ粒子が０ｍｅＶを超えるゼータ電位を有するか否かを計測する計測工程と、
第１電極、
前記第１電極と対向して設けられた第２電極、及び
前記第１電極と、前記第２電極との間に設けられ、前記ナノ粒子を分散させた前記溶媒を含む中間部、
をそれぞれ形成する素子形成工程と、
を備えること
を特徴とする発電素子の製造方法。 A method of manufacturing a power generation element that converts thermal energy into electrical energy.
A measurement step of dispersing nanoparticles in a solvent and measuring whether or not the nanoparticles have a zeta potential exceeding 0 meV in the solvent.
1st electrode,
A second electrode provided so as to face the first electrode, and an intermediate portion provided between the first electrode and the second electrode and containing the solvent in which the nanoparticles are dispersed.
And the element forming process to form each
A method for manufacturing a power generation element, which comprises the above.