H - Electricity – 01 – L
Patent
H - Electricity
01
L
H01L 35/14 (2006.01) H01L 35/22 (2006.01)
Patent
CA 2331533
An Si-base thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element, wherein without lowering the Seebeck coefficient and electric conductivity of the Si-base thermoelectric conversion material, the heat conductivity of the material can be greatly lowered to realize a great improvement in performance index. A crystalline structure, which is a polycrystalline structure, having crystal grains of Si-rich phase and also having an added element-rich phase containing one or more added elements precipitated in the grain boundaries is formed, whereby the Seebeck coefficient becomes very high and the heat conductivity becomes low, making it possible to greatly increase the thermoelectric conversion efficiency; thus, there is provided an Si-base thermoelectric conversion material consisting mainly of Si, which is a naturally abundant element, and causing least environmental pollution. For example, the addition of C, Ge or Sn to the Si- base thermoelectric conversion material makes it possible to greatly reduce the heat conductivity without changing the carrier concentration in the Si- base material. To lower the heat conductivity, the optimum amount of addition is 5-10 atom percent. The material has a structure in which the group IV elements and addition elements added to prepare p-type or n-type semiconductors precipitate in the grain boundaries of the polycrystalline Si, whereby there is obtained a p-type or n-type semiconductor having a carrier concentration of 1017 - 1021 (M/m3) and a heat conductivity of 50 W/m•K or less.
La présente invention concerne un matériau de conversion thermoélectrique à base de Si et un élément de conversion thermoélectrique dans lesquels, sans abaisser le coefficient Seebeck et la conductivité électrique de ce matériau, il est possible de baisser considérablement sa conductivité thermique permettant ainsi d'obtenir une importante amélioration de l'indice de performance. On forme une structure cristalline, en fait polycristalline, de grains cristallins à phase en Si riche et aussi à phase riche en éléments ajoutés qui ont précipité dans les joints de grain. Cette structure présente un coefficient Seebeck très élevé et une faible conductivité thermique ce qui permet d'augmenter de manière importante le rendement de conversion thermoélectrique. L'invention permet ainsi d'obtenir un matériau de conversion thermoélectrique constitué principalement de Si, élément naturellement abondant, et de réduire la pollution environnementale. Par exemple, l'addition de C, Ge ou Sn au matériau de conversion thermoélectrique à base de Si permet de réduire de manière importante la conductivité thermique sans changement de la concentration en porteur dans le matériau. La baisse de la conductivité thermique s'obtient avec une quantité optimale d'addition de 5-10 atomes pour cent. Le matériau présente une structure dans laquelle les éléments du groupe IV et les éléments d'addition ajoutés afin de préparer des semi-conducteurs de type p ou n précipitent dans les joints de grains du Si polycristallin. Les semi-conducteurs de type p ou n ainsi obtenus possèdent une concentration en porteur de 10?17¿-10?21¿ (M/m?3¿) et une conductivité thermique inférieure ou égale à 50 W/m•K.
Noumi Masao
Sadatomi Nobuhiro
Saigo Tsunekazu
Yamashita Osamu
Kirby Eades Gale Baker
Neomax Co. Ltd.
Sumitomo Special Metals Co. Ltd.
LandOfFree
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