DE102009048988A1

DE102009048988A1 - Thermoelektrische Teileinheit, thermoelektrische Einheit, thermoelektrisches Element und Verbindungsverfahren

Info

Publication number: DE102009048988A1
Application number: DE102009048988A
Authority: DE
Inventors: Christof Dr. Böttcher; Jürgen Beermann; Helmut Flor
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine thermoelektrische Teileinheit (10) mit einem ersten Teilelement (12) aus einem leitenden Material, einem thermoelektrischen Pellet (14) aus einem thermoelektrischen Material und einer Verbindungsschicht (16), die zwischen einer ersten Verbindungsfläche (13) des ersten Teilelements (12) und einer dieser zugewandten ersten Verbindungsfläche (15) des thermoelektrischen Pellet (14) angeordnet ist. Die thermoelektrische Teileinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbindungsschicht (16) als elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht (16) ausgebildet ist, vorzugsweise umfassend ein Klebermaterial (18) und darin verteilte elektrisch und thermisch leitende Kleberschichtanteile (20). Die Erfindung betrifft außerdem ein Verbindungsverfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Teileinheit und/oder einer thermoelektrischen Einheit sowie eines thermoelektrischen Elementes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermoelektrische Teileinheit, eine thermoelektrische Einheit, ein thermoelektrisches Element und ein Verbindungsverfahren.
Eine thermoelektrische Teileinheit, insbesondere ein metallisches Teilelement, und ein halbleitendes Teilelement, insbesondere ein n- oder p-dotiertes halbleitendes Teilelement. Das leitende Teileelement wird auch als Leiter oder Shunt bezeichnet. Das halbleitende Teilelement wird als Pellet bezeichnet. Durch Zusammenschalten von zwei thermoelektrischen Teileinheiten mit mindestens einem n- und einem p-dotierten Halbleiter wird eine thermoelektrische Einheit hergestellt. Mehrere thermoelektrische Einheiten bilden ein thermoelektrisches Element. Mittels thermoelektrischer Elemente kann eine thermoelektrische Energiekonversion durch direkte Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie erfolgen. Bekannt ist die Verwendung von thermoelektrischen Elementen in thermoelektrischen Generatoren zur Erzeugung von elektrischer Energie, in Peltier-Kühlern zur Kühlung ohne fluides Kühlmittel und/oder in Wärmetauschern. Thermoelektrische Elemente können beispielsweise ebenfalls als Thermosensoren zur Temperaturmessung verwendet werden.
Aus der WO 2008013946 A2 ist es bekannt, bei einem thermoelektrischen Element eine Verbindung zwischen dem Leiter und einem p- oder n-dotierten Pellet mittels Löten herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine neue Verbindungstechnik zu entwickeln, die einfacher anwendbar ist, sowie eine einfach herzustellende thermoelektrische Teileinheit und entsprechende thermoelektrische Einheiten und thermoelektrische Elemente zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und Eigenschaften ergeben sich aus den Gegenständen der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße thermoelektrische Teileinheit weist ein erstes Teilelement aus einem leitenden Material, ein thermoelektrisches Pellet aus einem thermoelektrischen Material und, eine Verbindungsschicht auf, die zwischen einer ersten Verbindungsfläche des ersten Teilelements und einer dieser zugewandten ersten Verbindungsfläche des thermoelektrischen Pellets angeordnet ist oder anordenbar ist. Die thermoelektrische Teileinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbindungsschicht als elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht ausgebildet ist, vorzugsweise umfassend ein Klebermaterial und darin verteilte elektrisch und thermisch leitende Kleberschichtanteile. Die elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile resultieren in einer Verbindungsschicht, die elektrisch und thermisch leitend ist. Das Klebermaterial stellt vorzugsweise eine Matrix dar, in der die leitenden Kleberschichtanteile verteilt sind. Das Klebermaterial kann ein verfestigbares, insbesondere aushärtbares Material sein, das vor der Verfestigung viskos bis flüssig ist, sodass die Kleberschichtanteile in dem Klebermaterial vor dessen Verfestigung gleichmäßig verteilt werden können und mit diesem gut vermischt werden können. Der Kleber kann neben dem Klebermaterial und den elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteilen weitere Bestandteile aufweisen. Ist das Klebermaterial einmal auf das erste Teilelement und das Pellet aufgetragen und sind beide Elemente in ihrer endgültigen Position zusammengefügt, kann das Klebermaterial sich verfestigen oder verfestigt werden. Es kann auf diese Weise eine stabile Verbindungsschicht gebildet werden. Vorteilhaft kann die Kleberschicht einfach auf das erste Teilelement und/oder das Pellet aufgebracht werden. Ferner kann ein Übergangswiderstand in der Verbindungsschicht mittels der Verteilung und dem Anteil der elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile eingestellt werden. Im Gegensatz zu dem herkömmlich verwendeten Lötverfahren, bei dem meistens unter Schutzgas oder Vakuum gearbeitet werden muss, kann das Verbindungsverfahren einfacher und kostengünstiger sein und somit die thermoelektrische Einheit kostengünstiger hergestellt werden.
Das thermoelektrische Material kann bevorzugt ein p- oder n-leitendes Material sein. Das Pellet kann ein dotiertes Halbleitermaterial umfassen. Ein thermoelektrisches Material weist im Vergleich mit anderen Materialien einen hohen thermoelektrischen Koeffizienten auf, so dass eine vergleichsweise hohe Temperaturdifferenz bezogen auf eine an das Material angelegte Spannung erzeugt werden kann. Thermoelektrische Materialien werden bevorzugt aus Materialien der Hauptgruppe V/VI und IV/VI hergestellt. Ein Beispiel für ein thermoelektrisches Material ist eine Bismuttelluridverbindung, beispielsweise eine (Bi_1-xSb_x)₂ Te₃-basierte Verbindung. Weitere Beispiele für thermoelektrisches Material sind Siliziumgermanid, Cobaldantimonid, Zinkantimonide, Eisensilicide oder auch organische Halbleiter wie beispielsweise mit Eisen dotiertes Tetramethyl-triphenyl-diamin (TMTPD) oder Pentacene. Das thermoelektrische Material kann massiv ausgebildet sein, oder in Form einer Schicht, beispielsweise einer Folie, vorliegen. Das thermoelektrische Material kann rein kristallin oder als nanostrukturiertes Material vorliegen.
Das metallische Material des ersten Teilelements kann aus einem Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) sein. Kupfer ist als guter elektrischer Leiter bekannt, Aluminium ist ein guter thermischer Leiter und ist ebenfalls elektrisch leitend. Andere typische metallische Materialien sind Gold oder Legierungen dieser Elemente.
In einer Ausgestaltung der thermoelektrischen Teileinheit ist die Verbindungsschicht mit zumindest einer der Verbindungsflächen verbunden. Wobei die Klebermaterialmoleküle an dem Teilelement und/oder dem Pellet haften.
In einer Ausgestaltung der thermoelektrischen Teileinheit umfassen die elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile mindestens ein metallisches Element, insbesondere mindestens ein edelmetallisches Element, beispielsweise Silber (Ag) oder Gold (Au) aufweist. Die Kleberschichtanteile können als Pulver vorliegen. Hierbei kann das Pulver Partikel unterschiedlicher Größe aufweisen, bis hin zu Partikeln in Nanodimensionen. Die Größe der Partikel kann ebenso eine Verteilung aufweisen. Es können auch Pulver aus einer Mischung von unterschiedlichen metallischen Komponenten oder Legierungen vorgesehen sein. Das Pulver ist einfach in dem Klebermaterial mischbar, da das Klebermaterial bevorzugt vor dessen Verfestigung flüssig oder zumindest viskos ist. Edelmetalle in dem Klebermaterial sind korrosionsbeständig. Die Verbindungsschicht ist vorzugsweise ein metallgefüllter Kleber. Die metallischen Partikel können einen oder mehrere Leitungspfade bilden, wobei beispielsweise metallische Partikel sich berühren und eine elektrische oder thermische Leitung über eine Perkolation, ein Elektronen-Hopping (electron-hopping) oder eine Ionendiffusion erfolgt. Die leitfähige Kleberschicht kann isotrop leitend oder anisotrop leitend sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der thermoelektrischen Teileinheit liegt der Massenanteil der elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile in der Verbindungsschicht in einem Bereich zwischen 50% und 95%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60% und 80%. Hierdurch ist eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit der Kleberschicht gegeben. Durch den prozentualen Anteil der metallischen Kleberschichtanteile kann die Leitfähigkeit der Verbindungsschicht eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der thermoelektrischen Teileinheit weist das Klebermaterial eine organische Basis auf mit einer Epoxy-Silikon- oder Polyimid-Basis. Die organische Basis bildet eine Matrix, wobei die Kleberschichtanteile, die als Pulver vorliegen, gut mit dieser vermischt werden können.
Das Klebermaterial kann in nicht verfestigtem Zustand, also im nicht ausgehärteten Zustand, flüssig oder zumindest verstreichbar sein. Wenn das erste Teilelement und das Pellet in einer gewünschten Position relativ zueinander angeordnet sind, kann das Klebermaterial verfestigt, insbesondere ausgehärtet werden. Das Verfestigen, insbesondere Aushärten kann mittels unterschiedlicher Prozesse abhängig von dem verwendeten Klebermaterial erfolgen. Beispielsweise können mittels UV-Strahlung aushärtbare organische Kleber vorgesehen sein. Es können ebenfalls mittels erhöhter Temperatur aushärtbare Klebermaterialien verwendet werden.
Bevorzugt liegt die Aushärttemperatur des Klebermaterials zwischen 150°C und 250°C, beträgt insbesondere 200°C. Diese Temperatur ist relativ niedrig und nicht kritisch für die Materialeigenschaften des ersten Teilelements und des thermoelektrischen Pellet. Bei diesen Temperaturen können die metallischen Kleberschichtanteile in der Matrix beweglich werden und in die jeweilige Verbindungsflächen des ersten Teilelementes und des Pellet eindringen und eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit zwischen dem ersten Teilelement und dem Pellet hergestellt werden.
Die Aufgabe wird außerdem durch eine thermoelektrische Einheit gelöst, die zumindest eine erste thermoelektrische Teileinheit mit einem ersten thermoelektrischen Pellet aus einem n- oder p-leitenden Material, ein zweites Teilelement aus einem metallischen Material, und einer zwischen einer zweiten Verbindungsfläche des ersten thermoelektrischen Pellet und einer ersten Verbindungsfläche des zweiten Teilelements angeordneten zweiten Verbindungsschicht aufweist. Die thermoelektrische Teileinheit weist somit zwei Teilelemente aus einem leitenden Material auf, die als Anschlüsse dienen können.
In einer Ausgestaltung der thermoelektrischen Einheit ist ein zweites thermoelektrisches Pellet und eine zwischen einer zweiten Verbindungsfläche des zweiten Teilelements angeordneten oder anordenbaren dritten Verbindungsschicht vorgesehen, wobei das zweite thermoelektrische Pellet aus einem p-leitenden Material ist, falls das erste thermoelektrische Pellet aus einem n-leitenden Material ist, und dass das zweite thermoelektrische Pellet aus einem n-leitenden Material ist, falls das erste thermoelektrische Pellet aus einem p-leitenden Material ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der thermoelektrische Einheit ist ein drittes Teilelement aus einem metallischen Material und eine vierte Verbindungsschicht vorgesehen, wobei die vierte Verbindungsschicht zwischen einer zweiten Verbindungsfläche des zweiten thermoelektrischen Pellet und einer ersten Verbindungsfläche des dritten Teilelements angeordnet ist oder anordenbar ist. Die thermoelektrische Einheit weist zwei thermoelektrische Pellets auf, wobei eines ein n-leitendes und das andere ein p-leitendes Pellet ist, die mittels Leitern leitend verbunden sind und wobei jedes Pellet einen freien leitenden Anschluss aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der thermoelektrischen Einheit zeichnet sich diese dadurch aus, dass zumindest eine der zweiten, dritten und/oder vierten Verbindungsschichten als elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird außerdem durch ein thermoelektrisches Element gelöst, das mindestens zwei erfindungsgemäße thermoelektrische Einheiten oder mindestens vier erfindungsgemäße thermoelektrische Teileinheiten aufweist, wobei jeweils eine p- und eine n-leitendes Teileinheit mittels eines als Leiter aus gebildeten Teilelementes verbunden sind, und wobei zwischen dem Teilelement und einer zweiten Verbindungsfläche des jeweiligen Pellet eine elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht angeordnet ist oder anordenbar ist.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verbindungsverfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem thermoelektrischen Pellet und einem ersten Teilelement aus einem leitenden Material gelöst, wobei eine elektrische thermische Verbindung hergestellt wird.
Es versteht sich, dass auch thermoelektrische Einheiten bzw. Elemente mit einer oder mehreren gelöteten Verbindungsschichten der Erfindung erfasst sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der thermoelektrischen Teileinheit, der thermoelektrischen Einheit und des thermoelektrischen Elementes sowie des Verbindungsverfahrens können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben, aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
Gleiche oder ähnliche Gegenstände oder funktional äquivalente Gegenstände sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer thermoelektrischen Teileinheit;
2 eine schematische Darstellung einer thermoelektrischen Einheit.
1 zeigt in schematischer Darstellung einer thermoelektrischen Teileinheit 10. Die thermoelektrische Teileinheit 10 weist ein erstes Teilelement 12 auf. Das erste Teilelement weist ein leitendes Material auf, ist somit als Leiter 12 ausgebildet und wird im Stand der Technik auch als Shunt 12 bezeichnet. Die thermoelektrische Teileinheit 10 weist ferner ein thermoelektrisches Pellet 14 auf. Das erste Teilelement 12 weist eine erste Verbindungsfläche 13 aus, die dem Pellet 14 zugewandt ist. Das Pellet 14 weist eine erste Verbindungsfläche 15 auf, die der ersten Verbindungsfläche 13 zugewandt ist. Zwischen der ersten Verbindungsfläche 13 des Leiters 12 und der ersten Verbindungsfläche 15 des Pellet 14 ist eine als Kleberschicht 16 ausgebildete Verbindungsschicht angeordnet. Die Kleberschicht 16 verbindet jeweils das Pellet 14 mit dem ersten Teilelement 12.
Die Kleberschicht 16 umfasst ein auch als Binder bezeichnetes Klebermaterial 18. Das Klebermaterial 18 weist bevorzugt ein organisches Material auf oder besteht aus diesem. Das organische Material kann eine Silikon-, Polyimid- oder Epoxybasis haben. In dem Klebermaterial 18 ist ein elektrisch und thermisch leitendes Material 20 verteilt, das als Kleberschichtanteile 20 bezeichnet wird. Das Klebermaterial 18 ermöglicht ein Auftragen des Klebers auf die Verbindungsfläche 15 des Pellets 14 und/oder die Verbindungsfläche 13 des Leiters 12. Die Kleberschichtanteile 20 bestehen bevorzugt aus Edelmetall oder einer Edelmetallverbindung, bevorzugt Silber (Ag) oder Gold (Au).
In 1 sind die Kleberschichtanteile 20 mittels Strichen 20 dargestellt, die symbolisch eine leitfähige Verbindung darstellen, wobei sich die Kleberschichtanteile 20 im Allgemeinen jedoch nicht geradlinig in der Verbindungsschicht 16 zwischen dem Pellet 14 und dem Leiter 12 erstrecken. Die geometrische Ausbildung der Leitungspfade durch die Kleberschichtanteile 20 kann eine sehr unterschiedliche Ausprägung haben.
Die Verbindungsschicht 16 entsteht durch Aushärten des Klebermaterials 18. Dieses erfolgt bevorzugt bei 150°C bis 250°C, insbesondere bei 200°C. Durch das Aushärten wird das Klebermaterial 18 fest und stellt eine stabile Kleberschicht 16 zwischen dem Pellet 14 und dem Leiter 12 her. Die Kleberschichtanteile 20 können aufgrund der erhöhten Temperatur in die Oberfläche der Verbindungsfläche 15 des Pellet 14 und der Verbindungsfläche 13 des Leiters 12 hinein diffundieren. Die Kleberschichtanteile 20 können sich im Klebermaterial 18 derart verteilen, dass eine leitfähige Verbindungsschicht oder Kleberschicht 16 entsteht.
Das thermoelektrische Pellet 14 umfasst ein thermoelektrisches Material.
Die üblichen thermoelektrischen Verbindungen sind p-leitende Halbleiter oder n-leitende Halbleiter, beispielsweise als p-Typ-Verbindungen CsBi₄Te₆:SbI₃(0.05%), ((Sb₂Te₃)₇₂Bi₂Te₃)₂₅(Sb₂Se₃)₃, Tl₉BiTe₆, GeTe_1-x(AgSbTe₂)x, Si_0.85Ge_0.15:B. n-Typ-Verbindungen sind beispielsweise: Bi_0.85Sb_0.15; ((Sb₂Te₃)₅Bi₂Te₃)₉₀(Sb₂Se₃)₅, Bi₂Te_2.7 Se_0.3, Pb_0.75Sn_0,25Se, Si_0,85Ge_0,15:P. Jede dieser thermoelektrischen Verbindungen hat eine optimale Betriebstemperatur, bei der die sogenannte Figur of Merit Z maximal ist. Mit anderen Worten bezeichnet die Betriebstemperatur die Temperatur, bei der der Wirkungsgrad der thermoelektrischen Teileinheit aus diesem Material maximal ist. Die Verbindungen auf Bi₂Te₃-Basis sind am weitesten verbreitet, da ihre optimale Betriebstemperatur bei Raumtemperatur liegt.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine thermoelektrische Einheit 22, die eine erste thermoelektrische Teileinheit 10 mit dem Pellet 14 aufweist, das mittels der Kleberschicht 16 mit dem Leiter 12 verbunden ist. Die thermoelektrische Einheit 22 weist ein zweites Pellet 24 auf. Das zweite Pellet 24 weist eine erste Verbindungsfläche 25 auf. Zwischen der ersten Verbindungsfläche 25 und einer ersten Verbindungsfläche 27 eines zweiten Leiters 28 ist eine Kleberschicht 26 angeordnet. Das erste Pellet 14 weist eine zweite Verbindungsfläche 29 und das zweite Pellet 24 eine zweite Verbindungsfläche 31 auf. Ein dritter Leiter 30 mit einer ersten Verbindungsfläche 33 und einer zweiten Verbindungsfläche 35 verbindet das erste Pellet 14 und das zweite Pellet 24 elektrisch und thermisch leitend, mittels einer zwischen der zweiten Verbindungsfläche 29 des ersten Pellet 14 und der ersten Verbindungsfläche 33 des Leiters 30 angeordneten Kleberschicht 32. Zwischen der zweiten Verbindungsfläche 31 des zweiten Pellet 24 und der zweiten Verbindungsfläche 35 des Leiters 30 ist eine Kleberschicht 34 angeordnet.
Die thermoelektrische Einheit 22 weist einen n-leitendes Pellet und ein p-leitendes Pellet auf. Ist das Pellet 14 ein n-leitendes Pellet, dann ist das Pellet 24 ein p-leitendes Pellet und umgekehrt.
Eine thermoelektrische Einheit 22 kann die kleinste Einheit eines thermoelektrischen Elementes sein. Ein thermoelektrisches Element weist im Allgemeinen mehrere, mindestens zwei thermoelektrische Einheiten 22 auf, wobei jeweils die n-leitenden Pellets miteinander thermisch und elektrisch leitend verbunden sind und die p-leitenden Pellets untereinander thermisch und elektrisch verbunden sind. Die thermoelektrischen Einheiten können in Serie geschaltet sein, um die an den einzelnen Einheiten abgreifbare Spannung zu erhöhen. Die Verbindungsschicht zwischen dem jeweiligen Pellet und dem Leiter wird jeweils durch eine elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht hergestellt. Das thermoelektrische Element weist typischerweise zwei Anschlüsse auf, die mit anderen elektrischen Bauteilen verbunden werden können, beispielsweise Mess-Bauteilen. Das thermoelektrische Element kann ferner in einem thermoelektrischen Generator zur Erzeugung von elektrischer Leistung eingesetzt werden. Das thermoelektrische Element kann aber auch einen Wärmetauscher darstellen oder ein Peltierkühler zur Kühlung sein. Das thermoelektrische Element kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein, beispielsweise in einem thermoelektrischen Generator.
Das Verbindungsverfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Teileinheit oder Einheit umfasst das Auftragen eines Klebers. Der Kleber weist ein Klebermaterial 18 auf, in dem bevorzugt metallische Kleberschichtanteile 20 verteilt sind, wie bereits beschrieben.
Bezugszeichenliste

10: thermoelektrische Teileinheit
12: Leiter, erstes Teilelement, Shunt
13: erste Verbindungsfläche des Leiters 12
14: Pellet, zweites Element, p- oder n-leitender Halbleiter
15: erste Verbindungsfläche des Pellet 14
16: Kleberschicht, Fügeschicht, Verbindungsschicht
18: Binder, Matrixmaterial, Klebermaterial
20: Kleberschichtanteile,
22: thermoelektrische Einheit
24: zweites Pellet
25: erste Verbindungsfläche des zweiten Pellet
26: Kleberschicht
27: erste Verbindungsfläche des Leiters 28
28: Leiter, Shunt
29: zweite Verbindungsfläche des ersten Pellet 14
30: Leiter, Shunt
31: zweite Verbindungsfläche des zweiten Pellet 24
32: Kleberschicht
33: erste Verbindungsfläche des Leiters 30
34: Kleberschicht
35: zweite Verbindungsfläche des Leiters 30

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008013946 A2 [0003]

Claims

Thermoelektrische Teileinheit mit einem ersten Teilelement (12) aus einem metallischen Material, einem thermoelektrischen Pellet (14) aus einem thermoelektrischen Material und einer Verbindungsschicht (16), die zwischen einer ersten Verbindungsfläche (13) des ersten Teilelements (12) und einer ersten Verbindungsfläche (15) des thermoelektrischen Pellet (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (16) als elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht (16) ausgebildet ist, vorzugsweise umfassend ein Klebermaterial (18) und darin verteilte elektrisch und thermisch leitende Kleberschichtanteile (20).
Thermoelektrische Teileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (16) mit zumindest einer der Verbindungsflächen (13, 15) verbunden ist.
Thermoelektrische Teileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile (20) mindestens ein metallisches Element, insbesondere mindestens ein edelmetallisches Element umfassen, das insbesondere Silber (Ag) oder Gold (Au) aufweist.
Thermoelektrische Teileinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil der elektrisch und thermisch leitenden Kleberschichtanteile (20) an der Verbindungsschicht (16, 26) in einem Bereich zwischen 50% und 95%, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60% und 80% liegt.
Thermoelektrische Teileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebermaterial (18) aus einem organischen Werkstoff besteht, der insbesondere eine Epoxy-Silikon- oder Polyimid-Basis aufweist.
Thermoelektrische Teileinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebermaterial (18) ein verfestigbbares, insbesondere aushärtbares Material umfasst.
Thermoelektrische Teileinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärttemperatur des Klebermaterials (18) zwischen 150°C und 250°C beträgt, insbesondere bei 200°C liegt.
Thermoelektrische Einheit mit zumindest einer ersten thermoelektrischen Teileinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 mit einem ersten thermoelektrischen Pellet (14) aus einem n- oder p-leitenden Material, einem zweiten Teilelement (30) aus einem metallischen Material und einer zwischen einer zweiten Verbindungsfläche (29) des thermoelektrischen Pellet (14) und einer ersten Verbindungsfläche (33) des zweiten Teilelements (30) angeordneten zweiten Verbindungsschicht (32).
Thermoelektrische Einheit nach Anspruch 8, mit einem zweiten thermoelektrischen Pellet (24) und einer zwischen einer zweiten Verbindungsfläche (35) des zweiten Teilelements (30) und einer zweiten Verbindungsfläche (31) des zweiten Pellet (24) angeordneten oder anordenbaren dritten Verbindungsschicht (34), wobei das zweite thermoelektrische Pellet (24) aus einem p-leitenden Material ist, falls das erste thermoelektrische Pellet (14) aus einem n-leitenden Material ist, und dass das zweite thermoelektrische Pellet (24) aus einem n-leitenden Material ist, falls das erste thermoelektrische Pellet aus einem p-leitenden Material ist.
Thermoelektrische Einheit nach dem vorhergehenden Ansprüche mit einem dritten Teilelement (28) aus einem metallischen Material und einer vierten Verbindungsschicht (26), die zwischen einer ersten Verbindungsfläche (25) des zweiten thermoelektrischen Pellet (24) und einer ersten Verbindungsfläche (27) des dritten Teilelements (28) angeordnet ist oder anordenbar ist.
Thermoelektrische Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der zweiten, dritten und/oder vierten Verbindungsschichten (16, 26, 32, 34) als elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht ausgebildet ist.
Thermoelektrische Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, dritte und/oder vierte Verbindungsschicht mit zumindest einer der zugehörigen Verbindungsflächen (13, 15, 25, 27, 29, 31, 33, 35) verbunden ist.
Thermoelektrisches Element, das mindestens zwei thermoelektrische Einheiten (22) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12 oder mindestens vier thermoelektrische Teileinheiten (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, wobei jeweils eine p- und eine n-leitende Teileinheit (10) mittels eines Teilelementes (12, 28, 30) verbunden sind, wobei zwischen einer Verbindungsfläche (13, 27, 33, 35) des dem Teilelement (12, 28, 30) und einer zweiten Verbindungsfläche (29, 31) des jeweiligen Pellet (14, 24) eine elektrisch und thermisch leitende Kleberschicht (16) angeordnet ist oder anordenbar ist.
Verbindungsverfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Teileinheit oder Einheit, wobei eine elektrisch und thermisch leitende Verbindung zwischen einem thermoelektrischen Pellet (14, 24) und mindestens einem metallischen Teilelement (12, 28, 30) mittels Kleben hergestellt wird.
Verbindungsverfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Auftragen eines Klebers, der ein verfestigbares, insbesondere aushärtbares Klebermaterial (18), vorzugsweise aus einer organischen Matrix, und in dem Klebermaterial (18) verteilte Kleberschichtanteile (20) umfasst, und ein Verfestigen, insbesondere ein Aushärten des Klebermaterials (18).
Verbindungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 14 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfestigen, insbesondere das Aushärten des Klebermaterials (18) bei einer Aushärttemperatur zwischen 150°C und 250°C, insbesondere 200°C erfolgt.