[发明专利]锡基热电转换元件以及锡基热电转换模块

说明书

锡基热电转换模块(4)具备：热电转换元件(2)；以及电极材料(8)，经由接合材料(6)与热电转换元件(2)接合，热电转换元件(2)具备：热电转换部(16)，含有具有由通式：Mg₂Si_1‑xSn_x(其中，式中x满足0.5＜x＜1的关系。)表示的组成的锡基化合物；以及第一防扩散层(18)，位于热电转换部16的表面，其中，第一防扩散层(18)为包括Mo层(26)的锡基热电转换元件，接合材料(6)为不具有流动性的非流动性接合材料(6a)。

技术领域

本发明涉及锡基热电转换元件以及锡基热电转换模块。

背景技术

将热转换为电的热电转换元件被用于利用来自各种设备的热源部的废热来进行发电的热电转换。热电转换元件配设于一对电极材料之间，由此形成热电转换模块。在该热电转换模块中，热电转换元件的一端部被来自各种设备的热源部的废热加热，由此与另一端部之间产生温度差，因此利用与该温度差对应而产生电动势的塞贝克效应来将热能直接转换为电能。

这样的热电转换模块不具有可动部，构造简单，因此通用性优异，作为从带有废热的设备等利用其废热来容易地得到电能的方法而被期待。

作为上述这样的热电转换元件，例如已知有由Mg－Si基热电转换材料形成的Mg－Si基热电转换元件。

该Mg－Si基热电转换元件通常在500℃～600℃的温度范围内热电转换效率为良好。因此，如果将Mg－Si基热电转换元件在热电转换效率为良好的适当温度范围内使用，则最能发挥Mg－Si基热电转换元件的性能。

通常，在使用热电转换元件来制造热电转换模块的情况下，需要对热电转换元件与作为电极材料的金属制构件，例如Cu制构件、Al制构件等进行接合。在该情况下，考虑使用Ag膏这样的Ag基接合材料来进行接合。然而，上述的Mg－Si基热电转换元件与Ag之间的反应性的程度相对较高，因此Ag扩散到Mg－Si基热电转换元件中，Ag不残留于界面，无法形成良好的接合部。因此不易接合金属制构件与热电转换元件。

因此，通常在热电转换材料的表面设置防扩散层来形成热电转换元件。只要设置这样的防扩散层，就能抑制Ag向热电转换材料中的扩散，得到良好的接合部，形成组合了热电转换元件与金属制构件的热电转换模块。作为这样的防扩散层，公知有Ni层。

再者，根据放出热的设备的不同，有废热温度比上述的温度范围低的设备。例如汽车用的发动机等从热源产生400℃～450℃的废热。这样的产生400℃～450℃的温度范围内的废热的设备相对较多，理想的是利用在该温度范围内的废热。

在为了利用该400℃～450℃的废热而尝试使用Mg－Si基热电转换元件的情况下，由于脱离了Mg－Si基热电转换元件的适当温度范围，因此不易高效地发电。

因此，讨论了在使用400℃～450℃的温度范围内热电转换效率为最良好的热电转换元件。作为像这样热电转换效率为良好的适当温度范围为400℃～450℃的热电转换元件，例如能举出专利文献1所公开的那样的由Mg－Si－Sn基热电转换材料形成的Mg－Si－Sn基热电转换元件，特别是Sn相对于Si的比率高的所谓锡基热电转换元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－157843号公报

发明内容

发明所要解决的问题

即使在使用上述那样的锡基热电转换元件来制造热电转换模块的情况下，也需要设置防扩散层。然而，若在所含Sn相对较多的锡基热电转换材料的表面将上述这样的Ni层形成为防扩散层，则锡基热电转换材料中的Sn与Ni会相互扩散，会形成Ni与Sn的化合物。在该情况下，Ni被消耗，Ni层部分地消失，变得不作为防扩散层发挥功能，并且热电转换模块整体上的电阻值上升。因此，会产生热电转换模块的发电性能降低这样的问题。