热利用发电模块及具备其的热发电装置

1.本公开涉及一种热利用发电模块和具备其的热发电装置。


背景技术：

2.作为利用地热或工厂的排热等的热利用发电，可举出利用塞贝克效应的方法。另外，作为不利用塞贝克效应的热利用发电，可举出下述专利文献1中公开的热利用发电元件。下述专利文献1中公开了通过组合电解质和生成热激发电子和空穴的热电转换材料，将热能转换为电能。通过将这样的热利用发电元件用作电子部件的电源，例如即使在一般的电池容易劣化的高温环境下(例如，50℃以上)，也可对该电子部件供给稳定的电力。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2017/038988号。


技术实现要素：

6.上述利用热的发电装置可在各种条件下和用途中使用。因此，期望实现可根据需求发挥性能(例如高电动势、高输出电流等)的热发电装置。
7.本公开的一个侧面的目的在于提供一种可根据需求发挥性能的热利用发电模块和具备其的热发电装置。
8.本公开的一个侧面所涉及的热利用发电模块具备：第一热利用发电元件，具有沿着层叠方向相互重叠的第一热电转换层和第一电解质层；第二热利用发电元件，在层叠方向与第一热利用发电元件重叠，并且具有沿着层叠方向相互重叠的第二热电转换层和第二电解质层；第一集电极，位于层叠方向的一端侧；以及第二集电极，位于层叠方向的另一端侧；电子传导层，在层叠方向位于第一热利用发电元件与第二热利用发电元件之间，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件在层叠方向位于第一集电极与第二集电极之间。
9.上述热利用发电模块具有在层叠方向位于第一集电极与第二集电极之间，并且相互重叠的第一热利用发电元件和第二热利用发电元件。例如通过使第一热利用发电元件与第二热利用发电元件串联，可提高热利用发电模块的电动势。或者例如通过使第一热利用发电元件与第二热利用发电元件并联，可增大热利用发电模块的输出电流。通过这样热利用发电模块具备多个热利用发电元件，并且适当地调整各热利用发电元件的连接方式，可提供一种可根据需求发挥性能的热利用发电模块。
10.在上述热利用发电模块，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件可以介由电子传导层相互串联。在该情况下，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件介由电子传导层相互分离。因此，热利用发电模块内的电子容易仅沿着所希望的方向流通，因此可良好地提高热利用发电模块的电动势。
11.第一热电转换层具有在层叠方向被层叠的电子热激发层和电子输送层，电子热激发层可以位于电子输送层与第一电解质层之间，电子传导层与电子输送层和第二电解质层
相接，电子传导层的功函数或带隙可以比电子输送层的带隙大。在该情况下，可防止在电子传导层与第二电解质层的界面产生电解质的氧化反应。因此，第二电解质层内的电子容易仅沿着所希望的方向流通。
12.第二电解质层是包括金属离子的有机电解质层或无机电解质层，电子传导层可以包括离子趋势比第二电解质层内的金属离子低的金属、石墨、导电性氧化物、或者电子传导聚合物材料。在该情况下，即使在使用了有机电解质层或者无机电解质层的情况下，第二电解质层内的电子容易仅沿着所希望的方向流通。
13.在上述的情况下，电子传导层中，作为离子化趋势比第二电解质层内的金属离子低的金属，可以包括铂、金、银和铝合金中的至少一种，作为导电性氧化物，可以包括氧化铟锡和氟掺杂氧化锡中的至少一种。
14.本公开的其它的一个侧面所涉及的热利用发电模块具备：第一热利用发电元件，具有沿着层叠方向相互重叠的第一热电转换层和第一电解质层；第二热利用发电元件，在层叠方向与第一热利用发电元件重叠，并且具有沿着层叠方向相互重叠的第二热电转换层和第二电解质层；第一集电极，位于层叠方向的一端侧；第二集电极，位于层叠方向的另一端侧；以及在绝缘部件，在层叠方向，配置于第一热利用发电元件与第二热利用发电元件之间，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件在层叠方向位于第一集电极与第二集电极之间，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件相互串联。该热利用发电模块通过适当地调整各热利用发电元件的连接方式，可提供根据需求发挥性能的热利用发电模块。另外，在第一热利用发电和第二热利用发电元件间，配置有绝缘部件，并且第一热利用发电元件与第二热利用发电元件相互串联。因此，可使从层叠方向观察的热利用发电模块小型化，并且增大热利用发电模块的输出电流。
15.上述热利用发电模块进一步具备在层叠方向位于绝缘部件和第一热利用发电元件间的第三集电极；在层叠方向位于绝缘部件和第二热利用发电元件间的第四集电极，第一集电极与第三集电极相互电连接，第二集电极与第四集电极可以相互电连接。
16.上述热利用发电模块进一步具备：第三热利用发电元件，在层叠方向位于绝缘部件和第二热利用发电元件间，并且具有沿着层叠方向相互重叠的第三热电转换层和第三电解质层；以及电子传导层，在层叠方向位于第二热利用发电元件和第三热利用发电元件间，第二热利用发电元件与第三热利用发电元件可以介由电子传导层相互串联。在该情况下，可兼得热利用发电模块的电动势的提高与从热利用发电模块输出的电流的增大。
17.第一热电转换层具有在层叠方向层叠的电子热激发层和电子输送层，电子热激发层位于电子输送层与第一电解质层之间，电子传导层与电子输送层和第三电解质层相接，电子传导层的功函数或带隙可以比电子输送层的带隙大。在该情况下，可以防止在电子传导层与第三电解质层的界面产生电解质的氧化反应。因此，第三电解质层内的电子容易仅沿着所希望的方向流通。
18.本公开的其它的一个侧面所涉及的热发电装置具备上述多个热利用发电模块，分别在多个热利用发电模块中，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件相互串联，多个热利用发电模块配置在与层叠方向交叉的方向，相互并联，并且相互一体化。在该情况下，可实现兼得电动势的提高和输出电流的增大的热发电装置。因此，例如通过调整热发电装置中包含的热利用发电模块的数量，可提供一种可根据需求发挥性能的热发电装置。
19.本公开的另外的一个侧面所涉及的热发电装置具备上述多个热利用发电模块，在分别多个热利用发电模块中，第一热利用发电元件与第二热利用发电元件相互串联，多个热利用发电模块配置在与层叠方向交叉的方向，彼此串联，并且相互一体化。在该情况下，可进一步实现电动势的提高。因此，例如通过调整热发电装置中包含的热利用发电模块的数量，可提供一种可根据需求发挥性能的热发电装置。
20.上述热发电装置可以进一步具备设置于相邻的热利用发电模块彼此间的绝缘部件。该情况下可良好地抑制相邻的热利用发电模块彼此的短路。
21.发明效果
22.根据本公开的一个侧面，可提供一种可根据需求发挥性能的热利用发电模块和具备其的热发电装置。
附图说明
23.图1是表示第一实施方式所涉及的热利用发电模块的示意截面图。
24.图2的(a)是表示单一热利用发电元件和端子的示意截面图，图2的(b)是用于说明热利用发电元件的发电机构的示意图。
25.图3是表示比较例所涉及的热利用发电模块的示意截面图。
26.图4的(a)是用于说明比较例所涉及的热利用发电模块内的电子的移动的示意图，图4的(b)是用于说明第一实施方式所涉及的热利用发电模块内的电子的移动的示意图。
27.图5是表示第二实施方式所涉及的热利用发电模块的示意截面图。
28.图6是表示第二实施方式的变形例所涉及的热利用发电模块的示意截面图。
29.图7是表示热发电装置的一个例子的示意截面图。
30.图8是表示热发电装置的另一个例子的示意截面图。
具体实施方式
31.以下，参照附图，对本公开的实施方式详细进行说明。应予说明，在以下的说明中，对相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符号，省略重复说明。
32.(第一实施方式)
33.首先，参照图1说明第一实施方式所涉及的热利用发电模块的构成。图1是表示第一实施方式所涉及的热利用发电模块的示意截面图。图1所示的热利用发电模块1是表示通过从外部供给热而进行发电的功能的部件(即将热能转换为电能的热发电体)的集合体。热利用发电模块1具备多个热利用发电元件2、多个电子传导层3和一对集电极4、5。热利用发电模块1的形状没有特别限定。俯视下的热利用发电模块1的形状例如可以为矩形等多边形状，还可以为圆形，也可以为椭圆形。
34.多个热利用发电元件2、多个电子传导层3与一对集电极4、5沿着规定的方向相互重叠。多个热利用发电元件2与多个电子传导层3位于一对集电极4，5之间。以下，将上述规定的方向简称为“层叠方向”。另外，本说明书的“相同”是不仅包括“完全相同”，而且还包括“实质上相同”的概念。
35.多个热利用发电元件2分别是呈相同形状的热发电体，通过从外部供给热而生成热激发电子和空穴。通过利用热利用发电元件2生成热激发电子和空穴例如在25℃～300℃
下进行实施。从生成充分数量的热激发电子和空穴的观点考虑，在使用热利用发电模块1时，热利用发电元件2例如可以加热到50℃以上。从良好地防止热利用发电元件2的劣化等的观点考虑，在使用热利用发电模块1时，热利用发电元件2例如可以加热到200℃以下。生成充分数量的热激发电子的温度例如为“热利用发电元件2的热激发电子密度10
15
/cm 3
以上的温度”。
36.第一实施方式中，多个热利用发电元件2分别沿着层叠方向相互重叠，并且相互串联。多个热利用发电元件2的数量根据对热利用发电模块1要求的性能进行变化。
37.热利用发电元件2是具有在层叠方向相互重叠的热电转换层12和电解质层13的层叠体。热电转换层12具有在层叠方向相互重叠的电子热激发层12a和电子输送层12b。第一实施方式中，各热利用发电元件2的电子热激发层12a、电子输送层12b和电解质层13的层叠顺序是一致的。
38.电子热激发层12a是利用热利用发电元件2生成热激发电子和空穴的层，与电解质层13相接。电子热激发层12a包括热电转换材料。热电转换材料是在高温环境下激发电子增加的材料，例如是金属半导体(si、ge)、碲化合物半导体、硅锗(si－ge)化合物半导体、硅化物化合物半导体、方钴矿化合物化合物半导体、包合物化合物半导体、惠斯勒化合物半导体、半惠斯勒化合物半导体、金属氧化物半导体、有机半导体等半导体材料。从在比较低的温度下生成充分的热激发电子的观点考虑，热电转换材料可以为锗(ge)。
39.电子热激发层12a可以包括多个热电转换材料。电子热激发层12a可以包括热电转换材料以外的材料。例如电子热激发层12a可以包括使热电转换材料结合的粘合剂、辅助热电转换材料成型的烧结助剂等。电子热激发层12a例如通过刮刀法、丝网印刷法、放电等离子体烧结法、压缩成型法、溅射法、真空蒸镀法、化学气相生长法(cvd法)、旋涂法等形成。
40.电子输送层12b是将由电子热激发层12a生成的热激发电子向外部输送的层。电子输送层12b在层叠方向介由电子热激发层12a位于电解质层13的相反侧。因此，热利用发电元件2中，电子输送层12b、电子热激发层12a和电解质层13在层叠方向依次层叠。电子输送层12b包括电子输送材料。电子输送材料是其导带电位与热电转换材料的导带电位相同或比其高的材料。电子输送材料的导带电位与热电转换材料的导带电位之差例如为0.01v～0.1v。电子输送材料例如为半导体材料、电子输送性有机物等。电子输送层12b例如通过刮刀法、丝网印刷法、放电等离子体烧结法、压缩成型法、溅射法、真空蒸镀法、cvd法、旋涂法等形成。
41.用于电子输送材料的半导体材料例如与电子热激发层12a中包含的半导体材料相同。电子输送性有机物例如为n型导电性高分子、n型低分子有机半导体、π电子共轭化合物等。电子输送层12b可以包括多个电子输送材料。电子输送层12b可以包括电子输送材料以外的材料。例如电子输送层12b可以包括使电子输送材料结合的粘合剂、辅助电子输送材料的成型的烧结助剂等。从电子输送性的观点考虑，半导体材料可以为n型si。包含n型si的电子输送层12b例如通过在硅层掺杂磷等而形成。
42.电解质层13是包括在利用热利用发电元件2生成充分数量的热激发电子的温度下电荷输送离子对可在内部移动的电解质的层。通过上述电荷输送离子对在电解质层13内移动，从而电流在电解质层13流通。“电荷输送离子对”是价数相互不同的稳定的一对离子，例如为金属离子。如果一方的离子被氧化或还原，则成为另一方的离子，从而可使电子和空穴
移动。电解质层13内的电荷输送离子对的氧化还原电位与电子热激发层12a中包含的热电转换材料的价电子带电位相比为负。因此，在电子热激发层12a与电解质层13的界面，电荷输送离子对中的容易被氧化的离子被氧化，成为另一方的离子。电解质层13可以包括电荷输送离子对以外的离子。电解质层13例如可通过刮刀法、丝网印刷法、溅射法、真空蒸镀法、cvd法、溶胶-凝胶法或者旋涂法形成。
43.电解质层13中包含的电解质没有特别限定。该电解质例如可以是液体电解质，也可以是固体电解质，还可以是凝胶状电解质。第一实施方式中，电解质层13包括固体电解质。固体电解质例如是在上述温度下物理和化学稳定的物质，可包括多价离子。固体电解质例如为钠离子传导体、铜离子传导体、铁离子传导体、锂离子传导体、银离子传导体、氢离子传导体、锶离子传导体、铝离子传导体、氟离子传导体、氯离子传导体、氧化物离子传导体等。固体电解质例如可以是分子量60万以下的聚乙二醇(peg)或者其衍生物。在固体电解质为peg的情况下，例如铜离子、铁离子等多价离子源可以包含于电解质层13。从寿命提高等观点考虑，碱金属离子可以包含于电解质层13。peg的分子量相当于通过凝胶渗透色谱以聚苯乙烯换算计测定的重均分子量。电解质层13可以是空穴输送半导体。
44.电解质层13可以是有机电解质层，也可以是无机电解质层。电解质层13为有机电解质层，或者无机电解质层，例如根据电子传导层3的组成确定。有机电解质层例如是以1种或多种有机物作为主要组成的电解质层。有机物包括低分子有机化合物和高分子有机化合物中的至少一方。无机电解质层例如是以1种或多种无机物为主要组成的电解质层。无机物可以为单体，也可以为无机化合物。可以在有机电解质层中包括无机物，也可以在无机电解质层中包括有机物。上述有机物和无机物可以为电解质，也可以与电解质不同。例如电解质层13可包含作为使电解质结合的粘合剂、辅助电解质的成型的烧结助剂等发挥功能的有机物或无机物。有机物例如为pedot/pss、n－甲基吡络烷酮(nmp)、乙腈等，无机物例如为二氧化硅(sio2)、二氧化钛(tio2)、氧化铝(alox)等。将分子量为1万以上的有机化合物作为高分子有机化合物。
45.电子传导层3是用于将在热利用发电模块1内移动的电子仅在规定方向传导的层。第一实施方式中，电子传导层3是示出导电性，且不示出离子传导性的层。因此，电子传导层3也可称为离子传导防止层。电子传导层3在层叠方向位于相邻的热利用发电元件2彼此之间。因此，在层叠方向，相邻的2个热利用发电元件2彼此介由电子传导层3相互串联。第一实施方式中，电子传导层3分别与一方的热利用发电元件2的电解质层13与另一方的热利用发电元件2的电子输送层12b相接。
46.电子传导层3例如通过刮刀法、丝网印刷法、放电等离子体烧结法、压缩成型法、溅射法、真空蒸镀法、cvd法、旋涂法、镀覆法等形成。
47.例如在电解质层13为有机电解质层的情况下，位于相邻的热利用发电元件2彼此之间的电子传导层3设置于一个热利用发电元件2中包含的电子输送层12b的表面(与设置有电子热激发层12a的表面相反一侧的表面)。例如在电解质层13为无机电解质层的情况下，电子传导层3设置于热利用发电元件2中包含的电解质层13的表面。电子传导层3的厚度例如为0.1μm～100μm。
48.第一实施方式中，电子传导层3的功函数(或带隙)比电子输送层12b的带隙大。电子传导层3的功函数或带隙与电子输送层12b的带隙之差例如为0.1ev以上。电子传导层3的
价电子带电位可以比电解质层13中包含的电解质层13内的离子的还原电位高。在该情况下，在电子传导层3与电解质层13的界面，不易产生上述离子的氧化反应。例如在电解质层为有机电解质层的情况下，电子传导层3包括ito(氧化铟锡)和fto(氟掺杂氧化锡)等导电性氧化物、电子传导聚合物材料等。例如在电解质层为无机电解质层的情况下，电子传导层3包括pt(铂)、au(金)、ag(银)、铝合金(例如硬铝，si－al合金)、电子传导聚合物材料等。电子传导聚合物材料例如为pedot/pss。电子传导层3的导带电位可以比电子输送层12b的导带电位低。在该情况下，电子容易从电子输送层12b向电子传导层3移动。在电解质层13中包括金属离子的情况下，电子传导层3可以包括离子化趋势比该金属离子低的金属、石墨、导电性氧化物或者电子传导聚合物材料。这样的金属、导电性氧化物、电子传导聚合物材料的例子如上所述。
49.集电极4是作为热利用发电模块1的正极和负极中的一方发挥功能的电极，在层叠方向，位于热利用发电模块1的一端。集电极5是作为热利用发电模块1的正极和负极的另一方发挥功能的电极，在层叠方向，位于热利用发电模块1的另一端。集电极4、5例如是分别具有单层结构或层叠结构的导电板。导电板例如是金属板、合金板和它们的复合板。从良好地发挥热利用发电模块1的性能的观点考虑，集电极4、5中的至少一方可以示出高导热性。热利用发电模块1中不需要温度差，因此优选集电极4、5这两方均示出高导热性。例如集电极4、5中的至少一方导热率可以为10w/m
·
k以上。
50.接下来，参照图2，对热利用发电元件的发电机构的概要进行说明。图2的(a)是表示单一热利用发电元件和端子的示意截面图，图2的(b)是用于说明热利用发电元件的发电机构的示意图。为了进行说明，将图2的(a)、(b)所示的电解质层13中包含的电荷输送离子对设为铁离子(fe
2+
，fe
3+
)。如图2的(b)所示，首先如果在高温环境下，电子热激发层12a吸收热，则在电子热激发层12a产生激发的电子e
－
。该电子e
－
在电子输送层12b移动。因此，在电子热激发层12a产生空穴h
+
。该空穴h
+
在电子热激发层12a与电解质层13的第一界面bs1，将fe
2+
氧化。即，该空穴h
+
在第一界面bs1夺去fe
2+
的电子。因此，位于第一界面bs1的fe
2+
成为fe
3+
。另一方面，在电子输送层12b内形成过剩的电子e
－
向外部移动，通过电阻r和端子t而达到电解质层13。到达电解质层13的电子e
－
在电解质层13与端子t的第二截面bs2将fe
3+
还原。因此，位于第二截面bs2的fe
3+
成为fe
2+
。并且，在第一界面bs1被氧化的fe
3+
朝向第二截面bs2扩散，并且在第二截面bs2被还原的fe
2+
朝向第一界面bs1扩散。因此，维持第一界面bs1与第二截面bs2的上述氧化还原反应。通过利用这样的热激发生成电子，并产生氧化还原反应，从而热利用发电元件2发电。在电子通过电阻r时产生的功率与发电相当。
51.接下来，对以上说明的第一实施方式所涉及的热利用发电模块1的作用效果，使用以下所示的比较例进行说明。图3是表示比较例所涉及的热利用发电模块的示意截面图。图3所示的热利用发电模块101在不具备电子传导层这点与第一实施方式所涉及的热利用发电模块1不同。因此，在热利用发电模块101中，各热利用发电元件2相互接触，并且相互串联。因此，在相邻的热利用发电元件2彼此，一方的热利用发电元件2中包含的电子输送层12b与另一方的热利用发电元件2中包含的电解质层13彼此相接。
52.图4的(a)是用于说明比较例所涉及的热利用发电模块内的电子的移动的示意图，图4的(b)是用于说明第一实施方式所涉及的热利用发电模块内的电子的移动的示意图。为了进行说明，图4的(a)、(b)中，将相邻的热利用发电元件2的一方设定为第一热利用发电元
件11，将另一方设定为第二热利用发电元件21。在电子热激发层12a包含第一半导体，在电子输送层12b包括第二半导体，在电解质层13包括电荷输送离子对(i1，i2)。并且，电解质层13中包含的电荷输送离子对的氧化还原电位位于第一半导体的带隙内，并且比第一半导体的价电子带电位低。进而，第二半导体的价电子带电位比第一半导体的价电子带电位高。即，电荷输送离子对的氧化还原电位比第二半导体的价电子带电位低。离子i1的价数比离子i2的价数大。
53.如图4的(a)所示，第一热利用发电元件11的电解质层13与第一热利用发电元件11中包含的电子热激发层12a与第二热利用发电元件21中包含的电子输送层12b这两者相接。如上所述，在第一热利用发电元件11中，利用电解质层13，离子i1向第一界面bs1扩散。虽然未图示，但离子i2向第二热利用发电元件21的电子输送层12b与第一热利用发电元件11的电解质层13的第三界面bs3扩散。因此，电子e
－
从第二热利用发电元件21向第一热利用发电元件11移动。即，电子e
－
沿着热利用发电模块101的层叠方向的一方侧移动。
54.这里，在电子输送层12b包括第二半导体，因此可生成在电子输送层12b也被激发的电子e
－
。通过该电子e
－
在电解质层13移动，从而可在电子输送层12b产生空穴h
+
。如上所述，第二半导体的价电子带电位比第一半导体的价电子带电位高，并且电荷输送离子对的氧化还原电位比第二半导体的价电子带电位低。因此，在电子输送层12b生成的空穴h
+
在第三界面bs3将该电解质层13中包含的离子i1氧化。因此，在层叠方向的电解质层13的两端，产生氧化反应。在该情况下，离子i1不仅向第一界面bs1侧扩散，而且也向第三界面bs3侧扩散。因此，在电解质层13，不仅电子e
－
从第二热利用发电元件21向第一热利用发电元件11移动，而且电子e
－
也从第一热利用发电元件11向第二热利用发电元件21移动。即如果简单层叠多个热利用发电元件2，则在电解质层13，电子e
－
可向热利用发电模块101的层叠方向两侧移动。在这样的情况下，相邻的热利用发电元件2彼此的电位差不易扩散。因此，在比较例中，在使用多个热利用发电元件2的情况下，不易提高热利用发电模块101的电动势。因此，热利用发电模块101的输出可比理论值低。
55.与此相对，第一实施方式所涉及的热利用发电模块1中，如图4的(b)所示，在相邻的热利用发电元件2彼此之间设置有电子传导层3。通过设置有这样的电子传导层3，从而一方的热利用发电元件2的电解质层13与另一方的热利用发电元件2的电子输送层12b相互分离。在该情况下，即使在电子输送层12b产生了空穴h
+
，该空穴h
+
无法从电解质层13中包含的离子i1夺去电子。因此，离子i1的氧化反应可以仅在第一界面bs1产生。因此，电解质层13中包含的离子i1不易在电解质层13与电子传导层3的第四界面bs4侧扩散。即，离子i1有在电解质层13仅向第一界面bs1侧扩散的趋势。因此，热利用发电模块1内的电子e
－
容易仅沿着所希望的方向流通。因此，在热利用发电模块1中，相邻的热利用发电元件2彼此的电位差容易扩散，因此可良好地提高热利用发电模块1的电动势。并且，通过调整热利用发电模块1中包含的热利用发电元件2的数量，可将热利用发电模块1的电动势设定在符合需求的值。
56.第一实施方式中，热电转换层12具有在层叠方向被层叠的电子热激发层12a和电子输送层12b，电子热激发层12a位于一方的热利用发电元件2中包含的电子输送层12b与另一方的热利用发电元件2中包含的电解质层13之间，电子传导层3与上述电子输送层12b和上述电解质层13相接，电子传导层3的功函数或带隙可以比电子输送层12b的带隙大。在该情况下，可以防止电子传导层3与电解质层13的第四界面bs4产生电解质(离子i1)的氧化反
应。因此，电解质层13内的电子e
－
容易沿着所希望的方向流通。
57.第一实施方式中，电解质层13是包括金属离子的有机电解质层或无机电解质层，电子传导层3可以包括离子化趋势比电解质层13内的金属离子低的金属、石墨、导电性氧化物或者电子传导聚合物材料。在该情况下，即使作为电解质层13使用有机电解质层或无机电解质层的情况下，电解质层13内的电子e
－
容易仅沿着所希望的方向流通。
58.第一实施方式中，电子传导层3中，作为离子化趋势比电解质层13内的金属离子低的金属，可以包括铂、金、银和铝合金中的至少一种，作为导电性氧化物，可以包括氧化铟锡和氟掺杂氧化锡中的至少一种。
59.(第二实施方式)
60.以下，对第二实施方式所涉及的热利用发电模块进行说明。在第二实施方式的说明中，省略与第一实施方式重复的记载，记载与第一实施方式不同的部分。即，在技术上允许的范围内，第二实施方式可以适当地使用第一实施方式的记载。
61.图5是表示第二实施方式所涉及的热利用发电模块的示意截面图。如图5所示，热利用发电模块1a具备在层叠方向相互层叠的多个热利用发电元件2、多个集电极4a、5a、外电极31、32以及多个绝缘部件33。
62.各热利用发电元件2在层叠方向位于集电极4a、5a之间。即，各热利用发电元件2在层叠方向被集电极4a、5a夹持。热利用发电模块1a中，在各热利用发电元件2之间，设置有绝缘部件33。具体而言，在层叠方向相邻的集电极4a、5a之间，设置有绝缘部件33。因此，在相邻的2个热利用发电元件2之间，集电极5a、绝缘部件33和集电极4a沿着层叠方向依次层叠。换言之，在层叠方向，绝缘部件33与另一方的热利用发电元件2之间设置有集电极5a，在层叠方向，在绝缘部件33与另一方的热利用发电元件2之间设置有集电极4a。在层叠方向相邻的绝缘部件33彼此之间，集电极4a、热利用发电元件2和集电极5a依次层叠层叠。
63.集电极4a是作为热利用发电元件2的正极和负极的一方发挥功能的导电体，呈大致板状。集电极5a是作为热利用发电元件2的正极和负极的另一方发挥功能的导电体，呈大致板状。集电极4a、5a例如由与上述第一实施方式的集电极4、5相同材料构成。集电极4a、5a的一部分沿着与层叠方向交叉的方向(例如水平方向)从各热利用发电元件2突出。从防止外电极31、32的接触的观点考虑，集电极4a的一部分与集电极5a的一部分优选为彼此相反对置。
64.外电极31是作为热利用发电模块1a的正极和负极的一方发挥功能的导电体，与各集电极4a电连接。外电极32是作为热利用发电模块1a的正极和负极中的另一方发挥功能的导电体，与各集电极5a电连接。因此，热利用发电模块1a中，各热利用发电元件2彼此并联。从良好地发挥热利用发电模块1a的性能的观点考虑，外电极31、32的至少一方可以示出高导热性。例如外电极31、32中的至少一方的导热率可以为10w/m
·
k以上。外电极31、32由于与热利用发电元件2分离，因此外电极31、32可以包括铜等。热利用发电模块1a中不需要温度差，因此外电极31、32两方优选示出高导热性。
65.绝缘部件33是防止在层叠方向相邻的热利用发电元件2彼此的短路的绝缘体，呈大致板状。在水平方向，绝缘部件33的边缘可以与热利用发电元件2的边缘一致，也可以不一致。从良好地发挥绝缘部件33的功能的观点考虑，在水平方向，绝缘部件33的边缘可以位于比热利用发电元件2的边缘靠外侧的位置。在该情况下，绝缘部件33中的边缘的至少一部
分可以位于比热利用发电元件2的边缘靠外侧的位置。绝缘部件33例如包括表示耐热性的有机绝缘物或无机绝缘物。有机绝缘物例如是耐热性塑料。无机绝缘物例如为氧化铝等陶瓷。从良好地发挥各热利用发电模块1的性能的观点考虑，绝缘部件33可以表示高导热性。例如，绝缘部件33的导热率可以为10w/m
·
k以。或者在绝缘部件33中可以包括显示高导热性的部件、粒子等。该部件可以示出导电性。在该情况下，该部件被绝缘材料完全覆盖。绝缘部件33例如通过涂布、蒸镀、粉体涂装、挤压涂布、冷喷雾等形成。
66.从良好地发挥热利用发电模块1a的性能的观点考虑，绝缘部件33可以示出高导热性。例如绝缘部件33的导热率可以为10w/m
·
k以上。或者绝缘部件33中可以包括表示高导热性的导热部件。该导热部件可以表示导电性。在该情况下，该部件被绝缘体完全覆盖。绝缘部件33例如被涂布、蒸镀、粉体涂装、挤压涂布、冷喷雾等形成。
67.以上说明的第二实施方式所涉及的热利用发电模块1a中，各热利用发电元件2在层叠方向相互层叠，并且相互并联。因此，可以抑制从层叠方向观察的热利用发电模块1a的面积，并且增大热利用发电模块1a的输出电流。
68.第二实施方式中，热利用发电模块1a具备：在层叠方向，位于绝缘部件33与一方的热利用发电元件2之间的集电极5a；在层叠方向，位于绝缘部件33与另一方的热利用发电元件2之间的集电极4a，各集电极4a相互电连接，各集电极5a相互电连接。在该情况下，可良好地抑制各热利用发电元件2彼此的短路。
69.图6是表示第二实施方式的变形例所涉及的热利用发电模块的示意截面图。图6所示的热利用发电模块1b是将上述第一实施方式所示的热利用发电模块1、以及上述第二实施方式所示的热利用发电模块1a进行组合而得的方式。具体而言，在热利用发电模块1b的一对集电极4a、5a之间，多个热利用发电元件2在层叠方向相互层叠，并且相互串联。在上述多个热利用发电元件2，在相邻的热利用发电元件2彼此间，设置有电子传导层3。
70.如果将一对集电极4a、5a夹持的热利用发电元件2与电子传导层3定义为集合体41，则热利用发电模块1b具有多个集合体41。从使热利用发电模块1b的电动势稳定的观点考虑，各集合体41中包含的热利用发电元件2和电子传导层3的数量优选为相互一致。
71.这样的变形例所涉及的热利用发电模块1b中，起到上述第一实施方式和第二实施方式这两方的作用效果。例如通过调整各集合体41中包含的热利用发电元件2的数量，可将热利用发电模块1b的电动势设定为符合需求的值。或者通过调整集合体41的数量，可以将热利用发电模块1b的输出电流设定成符合需求的值。
72.(第三实施方式)
73.以下，对包括第三实施方式所涉及的热利用发电模块的热发电装置进行说明。第三实施方式的说明中省略了与第一实施方式和第二实施方式重复的记载，记载了与第一实施方式和第二实施方式不同的部分。即，在技术上允许的范围内，第三实施方式可以适当地使用第一实施方式和第二实施方式的记载。
74.图7是表示热发电装置的一个例子的示意截面图。图7中所示的热发电装置200具备多个上述第一实施方式所涉及的热利用发电模块1。热发电装置200中，多个热利用发电模块1彼此并联，并且配置于与层叠方向交叉的方向(例如水平方向)。并且，多个热利用发电模块1相互一体化。本例中，各热利用发电模块1中包含的一对集电极均共用化。具体而言，热发电装置200具备将各热利用发电模块1中包含的热利用发电元件2和电子传导层3在
层叠方向夹持的一对集电极51、52。并且，热发电装置200在层叠方向具备被一对集电极51，52夹持的绝缘部件53。
75.集电极51是作为热发电装置200的正极和负极中的一方发挥功能的电极，在层叠方向，位于各热利用发电模块1的一端。即，集电极51对各热利用发电模块1作为正极和负极中的一方发挥功能。集电极52是作为热发电装置200的正极和负极中的另一方发挥功能的电极，在层叠方向，位于各热利用发电模块1的另一端。即集电极52对各热利用发电模块1作为正极和负极中的另一方发挥功能。集电极51、52例如分别由上述第一实施方式的集电极4、5相同材料构成。图5中，集电极51、52分别具有单一板状，并不限于此。例如集电极51、52分别可以为设置于各热利用发电模块的电极与将这些电极彼此电连接的布线或导电板的复合体。
76.绝缘部件53是从层叠方向观察位于相邻的热利用发电模块1彼此间的绝缘体。绝缘部件53可以是在与层叠方向交叉的方向上位于相邻的热利用发电元件2彼此间的绝缘体。绝缘部件53例如由与上述第二实施方式所示的绝缘部件33相同材料构成。从保护热发电装置200的观点考虑，从层叠方向观察绝缘部件53包围热利用发电模块1。从防止相邻的热利用发电模块1彼此的接触的观点考虑，绝缘部件53优选与集电极51、52两方无缝隙地接触。
77.这样的热发电装置200中，通过调整各热利用发电模块1中包含的热利用发电元件2的数量，可将热发电装置200的电动势设定成符合需求的值。并且，通过调整热利用发电模块1的数量，可以将热发电装置200的输出电流设定成符合需求的值。因此，可提供一种可发挥符合需求的性能的热发电装置200。
78.热发电装置200具备设置于相邻的热利用发电模块1彼此间的绝缘部件53。因此，可良好地抑制相邻的热利用发电模块1彼此的短路。
79.图8是表示热发电装置的其它例的示意截面图。如图8所示，热发电装置300具备配置于彼此串联且与层叠方向交叉的方向(例如水平方向)的多个热利用发电模块1。多个热利用发电模块1相互一体化。以下，为了说明，热发电装置300具备从图8的纸面左侧依次配置的第一热利用发电模块1a、第二热利用发电模块1b以及第三热利用发电模块1c。第一热利用发电模块1a与第2热利用发电模块1b彼此相邻，第二热利用发电模块1b与第三热利用发电模块1c彼此相邻。第一热利用发电模块1a中包含的各热利用发电元件2的层叠顺序与第三热利用发电模块1c中包含的各热利用发电元件2的层叠顺序彼此相同。另一方面，第二热利用发电模块1b中包含的各热利用发电元件2的层叠顺序与第一热利用发电模块1a和第三热利用发电模块1c的层叠顺序不同。
80.热发电装置300具备集电极61～64。集电极61是作为第一热利用发电模块1a中的正极和负极的一方发挥功能的导电体，在层叠方向，位于热发电装置300的一端。集电极62是作为第一热利用发电模块1a的正极和负极中的一方以及第二热利用发电模块1b的正极和负极中的一方发挥功能的导电体，在层叠方向，位于热发电装置300的另一端。集电极63是作为第二热利用发电模块1b的正极和负极中另一方以及第三热利用发电模块1c的正极和负极中的一方发挥功能的导电体，在层叠方向，位于热发电装置300的一端。集电极64是作为第三热利用发电模块1c的正极和负极中的另一方发挥功能的导电体，在层叠方向，位于热发电装置300的另一端。图8中，集电极62、63分别具有单一板形状，并不限于此。例如集
电极62可以是设置于第一热利用发电模块1a的电极、设置于第二热利用发电模块1b的电极、以及将这些电极彼此电连接的布线或导电板的复合体。
81.热发电装置300具备绝缘部件65，66。绝缘部件65是设置于第一热利用发电模块1a与第二热利用发电模块1b之间的绝缘体。从防止第一热利用发电模块1a与第二热利用发电模块1b的短路的观点考虑，绝缘部件65设置于集电极61，63之间。绝缘部件66是设置于第二热利用发电模块1b与第三热利用发电模块1c之间的绝缘体。从防止第二热利用发电模块1b与第三热利用发电模块1c短路的观点考虑，绝缘部件66设置于集电极62，64间。绝缘部件65，66例如由上述第二实施方式所示的绝缘部件33相同材料构成。
82.这样的热发电装置300中，由于多个热利用发电模块1彼此串联，因此可进一步提高电动势。因此，可提供一种可根据进一步需求发挥性能的热发电装置300。
83.热发电装置300具备设置于相邻的热利用发电模块1彼此间的绝缘部件65，66。在该情况下，可良好地抑制相邻的热利用发电模块1彼此的短路。
84.本公开所涉及的热利用发电模块和具备其的热发电装置并不限于上述实施方式和上述变形例等，另外，可进行各种变形。例如上述第一实施方式等中，虽然包括多个电子传导层，但并不限于此。在热利用发电模块中包括2个热利用发电元件的情况下，热利用发电模块可以具有一个电子传导层。
85.上述实施方式和上述变形例中，热利用发电元件具有热电转换层和电子输送层，并不限于此。热利用发电元件可以具有上述双层以外的层。电子传导层与电子输送层和电解质层这两方相接，并不限于此。例如在电子传导层与电子输送层之间，可以设置任意的层。即，在电子传导层与热利用发电元件之间，可以设置有任意的层。
86.在上述实施方式和上述变形例中，热利用发电模块和热发电装置可以分别由保护材料等覆盖。在该情况下可以抑制热利用发电模块和热发电装置的破损等。保护材料可以覆盖热利用发电模块的整体，也可以覆盖其一部分。例如保护材料还可以仅覆盖热利用发电模块的侧面。在该情况下，保护材料优选无缝隙地覆盖该侧面。同样地保护材料可以覆盖热发电装置的整体，可以覆盖其一部分。从热发电效率的观点考虑，保护材料优选示出高导热性。保护材料例如为包括si的树脂(si导热树脂)、陶瓷、高导热性玻璃等。保护材料中可以包括示出高导热性的导热部件。该导热部件可以示出导电性。在该情况下，导热部件被绝缘体完全覆盖。
87.上述第二实施方式中，电子输送层并不限于半导体材料。例如该电子输送层可以为金属材料。金属材料例如为金属、合金、n型金属氧化物、n型金属硫化物、卤化碱金属、碱金属等。n型金属例如为铌、钛、锌、锡、钒、铟、钨、钽、锆、钼和锰。
88.附图标记说明
89.1，1a，1b
…
热利用发电模块，1a
…
第一热利用发电模块，1b
…
第2热利用发电模块，1c
…
第三热利用发电模块，2
…
热利用发电元件，3
…
电子传导层，4，4a，5，5a，51，52，61～64
…
集电极，11
…
第一热利用发电元件，12
…
热电转换层，12a
…
电子热激发层，12b
…
电子输送层，13
…
电解质层，21
…
第二热利用发电元件，31，32
…
外电极，33，53，65，66
…
绝缘部件，200，300
…
热发电装置。