熱電元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱電元件，特別是，一種使用可光致生電(photovoltaics)的材料，配合正負(fù)電載子選擇性傳導(dǎo)的傳輸摻雜，兩者混合于任一種非導(dǎo)電性或?qū)щ娦跃酆衔锊牧蟽?nèi)，可以形成一種具有P型或是N型半導(dǎo)體材料特性，或是同時兼具P、N兩型半導(dǎo)體材料特性的半導(dǎo)體材料，即可經(jīng)過光或是溫度差，達成產(chǎn)生電位差或是施加電位差，產(chǎn)生光或溫度差的元件。
【背景技術(shù)】
[0002]過去數(shù)十年間，已經(jīng)有人利用聚合物材料或是有機材料應(yīng)用于制作電子元件或是光電元件。1977年左右即有共軛聚合物(conjugated polymers)這類的材料被用來制作電子元件，即1977年Heeger、MacDiarmid和白川英樹(Hideki Shirakawa)提出以電化學(xué)和化學(xué)法摻雜聚乙炔(polyacetylene，簡稱PA)獲得導(dǎo)電聚合物。
[0003]聚乙炔由長鏈的碳分子以SP2鍵鏈結(jié)而成，由于sp 2鍵結(jié)的特性，其鍵結(jié)除了σ-σ單鍵鍵結(jié)之外，還有ρ-ρ軌域重疊的鍵結(jié)形成雙鍵，當(dāng)單鍵-雙鍵交替鍵結(jié)時，P軌域上的電子可沿分子主鏈非定域化，形成混成分子軌域的共軛鍵結(jié)。隨著聚合度的增加，漸次堆疊成能帶，而能帶間隙(energy bandgap)的Eg值隨共軛程度增加而逐漸降低，最終Eg值約為1.4eV，其他共軛高分子的Eg值則在1.0?3.5eV之間，這正是半導(dǎo)體材料的主要特征。金屬的Eg值為OeV，而絕緣體的Eg值則遠(yuǎn)大于3.5eV。因為σ電子是無法沿主鏈移動的，而π電子雖較易移動，但也相當(dāng)定域化(localized)，因此必需再加以摻雜(doping)，亦即移去主鏈上部分電子(氧化)或注入數(shù)個電子(還原)，這些電洞或額外電子可以在分子鏈上移動(其能階位于能帶間隙中)，使此高分子成為導(dǎo)電體。而在1990年，英國劍橋大學(xué)J.H.Burroughes等人發(fā)現(xiàn)聚對苯乙稀(Poly (para phenylenevinylene)，簡稱PPV)亦可被制作為單層有機發(fā)光二極體，上述共軛聚合物材料有反式聚乙塊(trans-Polyacetylene，簡稱 t_PA)、聚對位苯(Poly para-phenylene，簡稱 PPP)與聚對苯乙稀(Poly para-phenylenevinylene，簡稱 PPV)等。
[0004]由上述可以得知，為了使共軛聚合物導(dǎo)電，必須要做摻雜的動作，即為一種單純材料配合一些少量摻雜物質(zhì)，改變其載子迀移率、導(dǎo)電能力等，這和半導(dǎo)體經(jīng)過摻雜后可以經(jīng)由荷電載子提高導(dǎo)電度類似，進而提升這類物質(zhì)于電子元件應(yīng)用的特性。
[0005]以溫差生電，或是熱電致冷的熱電式元件的應(yīng)用來說，目前熱電材料的熱電效率可定義一熱電優(yōu)值(Thermoelectric figure of merit)ZT 來評估:
[0006]ZT = S2T σ / κ
[0007]其中S為熱電勢或稱塞貝克參數(shù)(thermoelectric power or Seebeckcoefficient)，T 為溫度(temperature)，σ 為電導(dǎo)率(electrical conductivity), κ 為熱傳導(dǎo)系數(shù)(thermal conductivity)。通常來說，增加材料的電導(dǎo)率可以提升熱電優(yōu)值ZT，提升材料電導(dǎo)率的方法一般是選用少數(shù)載子的摻雜方式來達成，但這類處理卻反而會導(dǎo)致塞貝克參數(shù)下滑，電導(dǎo)率與塞貝克參數(shù)之間，存在著互相牽制的現(xiàn)象，所以利用這種聚合物導(dǎo)電材料來作為熱電元件，勢必需要經(jīng)過大量的摻雜實驗，找出兩參數(shù)間的最佳比例。
[0008]有鑒于上述先前技術(shù)的問題無法有效的解決與克服，因此本申請人提出一種使用可光致生電的材料，配合正負(fù)電載子選擇性傳導(dǎo)的傳輸摻雜，兩者混合于任一種非導(dǎo)電性或?qū)щ娦跃酆衔锊牧蟽?nèi)，可以形成一種具有P型或是N型半導(dǎo)體材料特性，或是PN兩型同時兼具的半導(dǎo)體材料，即可經(jīng)過光，或是溫度差，達成產(chǎn)生電壓或是施加電壓，產(chǎn)生光與溫度差的元件并提出本專利申請，以解決前述問題點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明所欲解決的技術(shù)問題在于:以有機材料形成導(dǎo)電元件。
[0010]為此，本發(fā)明所提供的一種熱電元件，其包括一個第一子元件與一個第二子元件，該第一子元件包含有三個主成分，分別為有機或有機金屬顏料或染料的電荷產(chǎn)生劑、可傳輸正型載子的有機化合物以及黏結(jié)劑。該第二子元件疊合于該第一子元件并包含有三個主成分，分別為有機或有機金屬顏料或染料的電荷產(chǎn)生劑、可傳輸負(fù)型載子的有機化合物以及黏結(jié)劑。
[0011]其他目的、優(yōu)點和本發(fā)明的新穎特性將從以下詳細(xì)的描述與相關(guān)的附圖更加顯明。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明熱電元件的實施例示意圖；
[0013]圖2為圖1的立體分解；。
[0014]圖3為圖1中熱電元件的實驗數(shù)據(jù)表格。
[0015]附圖標(biāo)記說明:A第一子元件；B第二子元件；C金屬導(dǎo)線；D耐熱貼片。
【具體實施方式】
[0016]有關(guān)本發(fā)明所采用的技術(shù)、手段及其功效，茲舉一較佳實施例并配合圖式詳述如后，此僅供說明之用，在專利申請上并不受此種結(jié)構(gòu)的限制。
[0017]請參照圖1與圖2，為本發(fā)明熱電元件的實施例示意圖與分解圖。本發(fā)明熱電元件包括有一個第一子元件A與一個第二子元件B，該第一子元件A與該第二子元件B互相疊入口 ο
[0018]該第一子元件A包含有三個主成分，第一為有機的電荷產(chǎn)生劑、有機金屬顏料的電荷產(chǎn)生劑或染料的電荷產(chǎn)生劑，以上電荷產(chǎn)生劑中任一種單獨或兩種以上混合使用，第二為可傳輸正型載子的有機化合物，以及黏結(jié)劑。
[0019]該第二子元件B包含有三個主成分，第一為有機的電荷產(chǎn)生劑、有機金屬顏料的電荷產(chǎn)生劑或染料的電荷產(chǎn)生劑，以上電荷產(chǎn)生劑中任一種單獨或兩種以上混合使用，第二為可傳輸負(fù)型載子的有機化合物以及黏結(jié)劑。
[0020]該第一子元件A與該第二子元件B的各個主成分可以均勻分散或溶解在有機溶劑或水里。
[0021]上述可傳輸正型載子的有機化合物可以為下述任一種或兩種以上混合:(I)至少含一個氮原子，其可列舉如腙類化合物(Hydrozone)、三苯胺類化合物(Triphenylamine)以及苯二胺類化合物；(2)至少含一個非苯環(huán)上雙鍵，如二苯乙稀類化合物(Stilbene)、丁二稀類化合物(Butadiene);此等化合物可單獨或兩種以上組合使用。
[0022]上述可傳輸負(fù)型載子的有機化合物，其可以為下述任一種或兩種以上混合:(I)含有羰機化合物，如雙羰機類化合物(Diphenylquinone)、菲醌衍生物(Phenanthrenequinone) ； (2)含諷基類化合物；(3)雜環(huán)類化合物，如 Pyrazolidine，Th1phene類化合物；此等化合物可單獨或兩種以上組合使用。
[0023]上述有機的電荷產(chǎn)生劑、有機金屬顏料的電荷產(chǎn)生劑或染料的電荷產(chǎn)生劑可列舉如酞菁(phthalocyanine)，無金屬酞菁系，雙偶氮(bisazo)，疊氮基(triazo)，方酸菁(Squarylium)，奧(azulium)系，二萘嵌苯系(Perylene)，萘酞菁顏料等，這些有機的電荷產(chǎn)生劑、有機金屬顏料的電荷產(chǎn)生劑或染料的電荷產(chǎn)生劑可以單獨使用，也可以合并兩種以上使用。
[0024]上述第一子元件A的黏結(jié)劑與上述第二子元件B的黏結(jié)劑可列舉如:(I)熱塑型樹酯:如苯乙烯系聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-馬來酸共聚物、丙烯酸系聚合物、苯乙烯-丙烯酸系共聚物、聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚醋、醇酸樹脂、酮樹脂、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚砜、鄰苯二甲酸二烯丙基酯樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂和聚醚樹脂等熱塑性樹脂；(2)交聯(lián)性熱固型樹脂:如硅酮樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂和其他交聯(lián)性熱固性樹脂；(3)光固化型樹脂:如環(huán)氧丙烯酸酯和聚氨酯-丙烯酸酯等光固化性樹脂；以上樹酯可以任一種或兩種以上混合使用。
[0025]上述的溶劑可列舉例如:(I)醇類:如甲醇、乙醇等；(2)含至少含四個碳的烷類:如正己烷、環(huán)己烷；(3)芳香族類:如甲苯、二甲苯；(4)