DE102010031829A1

DE102010031829A1 - Thermoelektrische Bauelemente mit dünnen Schichten

Info

Publication number: DE102010031829A1
Application number: DE102010031829A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Blochwitz-Nimoth; Ansgar Dr. Werner
Original assignee: NovaLED GmbH
Current assignee: NovaLED GmbH
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: DE102010031829B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Bauelement mit einem Substrat und einer Schichtanordnung, die auf dem Substrat gebildet ist, die Schichtanordnung weist eine flächige Grundelektrode, eine flächige Deckelektrode, flächige p-dotierte Bereiche und flächige n-dotierte Bereiche, die zwischen der Grund- und der Deckelektrode nebeneinander angeordnet und alternierend elektrisch in Reihe geschaltet sind, und eine Passivierungsstruktur, die jeweils zwischen benachbarten p-dotierten und n-dotierten Bereichen flächig gebildet und elektrisch sowie thermisch isolierend ausgeführt ist, auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Bauelement mit dünnen Schichten
Hintergrund der Erfindung
Thermoelektrische Eigenschaften von Materialien sind seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung, um thermoelektrische Effekte zum Transport von Wärme oder zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie zu nutzen. Trotz vieler ermutigender Ergebnisse, vor allem auch in jüngster Zeit, ist eine breite Anwendung noch nicht erfolgt.
Die thermoelektrischen Eigenschaften von Materialien spiegeln den Umstand wieder, dass der Wärmetransport z. T. vom elektronischen System getragen wird, dass heißt mit dem Transport von Ladungsträgern einhergeht. Umgekehrt für der Transport von Ladungsträgern ebenfalls zu einem Wärmestrom. Der Zusammenhang von elektrischen und Wärmestrom wird durch den sogenannten Seebeck-Koeffizienten angegeben. Dieser beträgt für Halbleiter typischerweise einige 100 μV/K und ist damit erheblich größer als für Metalle (~1 μV/K).
Vielfach wird vorgeschlagen, den thermoelektrischen Effekt zur Gewinnung von Energie aus natürlich vorhandenen Temperaturdifferenzen bzw. aus Abwärme zu gewinnen. In der Regel kann das nur erfolgreich sein, wenn die Investitionskosten für ein thermoelektrisches Bauelement in einem vernünftigen Verhältnis zur erzeugten Energie bzw. Leistung stehen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Thermoelemente mit besonders geringem Kostenaufwand bereitzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Thermoelement bevorzugt mit einem Lösungsmittelverfahren (zum Beispiel Beschichten oder Drucken) hergestellt. Diese Verfahren zeichnen sich durch geringe Investitionskosten in die Herstellungsapparatur aus. Weiterhin haben sie in der Regel eine hohe Materialausbeute. Schließlich ist der Einsatz von preiswerten Foliensubstraten (z. B. Metallfolie) in einer Rollenbeschichtungsanlage möglich.
Durch diesen Produktionsprozess können insbesondere großflächige Thermoelemente wirtschaftlich sinnvoll hergestellt werden. Dies erlaubt die Ausnutzung von Wärmequellen, die eine große Oberfläche, aber nur eine geringe Temperaturdifferenz zur Umgebung aufweisen. Solche Wärmequellen sind häufig in der Natur zu finden.
Für Lösungsmittelverfahren können verschiedene Materialien zum Einsatz kommen. Am bekanntesten sind organische Materialien (kleine Moleküle oder Oligo- bzw. Polymere), die häufig in geeigneten Lösungsmitteln prozessiert werden können. Anorganische Materialien können jedoch ebenfalls häufig mit Lösungsmittelverfahren prozessiert werden. Typischerweise werden diese Materialien als funktionalisierte(nano)-Partikel bereitgestellt, und die löslichkeitsvermittelnde Funktionsgruppe nach Abscheidung in einem Ausheizschritt abgetrennt. Beispiele für anorganische Halbleitermaterialien, die bereits in Lösungsmittelprozessen verwendet wurden, sind: Si, ZnO, TiO2, GaN, CdTe, Copper indium gallium (di)selenide (CIGS), Cu2S und andere. Aufgrund der „natürlichen” Löslichkeitseigenschaften der organischen Materialien erscheinen diese bevorzugt für die Ausführung dieser Erfindung, insbesondere für die Verwendung als thermoelektrisch aktive Funktionsmaterialien.
Die vorgeschlagene Bauelementstruktur kann jedoch auch teilweise oder vollständig mit anderen Prozessen, insbesondere Vakuumabscheideprozessen hergestellt werden. Auch hier ist es möglich, großflächige Bauelemente herzustellen, und auch die Prozessierung auf Rollensubstraten ist möglich.
Organische Halbleiter wurden vereinzelt in der Literatur für thermoelektrische Anwendungen vorgeschlagen, allerdings sind die entsprechenden Materialeigenschaften wenig untersucht. Erst in jüngster Zeit sind organische Halbleiter stärker in den Fokus systematischer Forschung geraten, so dass für diese Arbeit einige Vergleichswerte zur Verfügung stehen.
Leistungszahl
Die Leistungsfähigkeit von thermoelektrischen Materialien kann mit einer Leistungszahl (im Englischen figure of merit) beschrieben werden. Sie enthält die relevanten Materialeigenschaften und beschreibt sowohl für Heiz-/Kühlelemente als auch für die Stromgewinnung den maximal möglichen Wirkungsgrad. Bei der Betrachtung der Leistungszahl ist allerdings zu beachten, dass dieser maximale Wirkungsgrad u. U. fernab des technisch interessanten Bereichs der maximalen Leistungsfähigkeit des Bauelements erzielt wird. Die Leistungszahl Z ist
wobei σ die elektrische Leitfähigkeit, S der Seebeck-Koeffizient und λ die thermische Leitfähigkeit des Materials ist. Werte für Z·T größer 1 erlauben, thermoelektrische Anwendungen eines Materials in Erwägung zu ziehen (T ist die mittlere Temperatur, bei der das Bauelement betrieben wird).

In der Literatur sind die benötigten Materialgrößen nur sporadisch zu finden. Arbeiten aus jüngerer Zeit betreffen vor allem dotierte Polymersysteme bzw. Charge-Transfer-Komplexe. Typische Größen sind in der Tabelle angeben.

Material	Referenz	Leitfähigkeit σ (S/cm)	Seebeck-Koeffizient S (mV/K)	Wärmeleitfähigkeit λ (W/mK)
Dotierte Polymere
PEDOT:PSS	Jiang08	50 (Pressling)	13	0,2 (Pressling)
Organo-soluble PANI:HCl	Yakuphanoglu08	~1e-6	70
Doped poly-(2,7-carbazole)	Aich09	160	34
Charge-Transfer-Komplexe
BEDT-TTF:TCNQ	Wüsten08	~1e-2 (Pressling)	~50
(TMTSF)2ClO4 Charge transfer salt	Choi86			2

Es ist erkennbar, dass sich für dotierte Polymere sehr hohe Leitfähigkeiten erzielen lassen. Der Seebeck-Koeffizient ist (vermutlich wg. des sehr hohen Dotierniveaus) gering. Zu qualitativ ähnlichen Einschätzungen kommt man bei Charge-Transfer-Komplexen.
Da mit niedrigerer Dotierkonzentration die Leitfähigkeit zunimmt, der Seebeck-Koeffizient jedoch abnimmt, ist es interessant, ein niedrigmolekulares organische Materialsystem zu untersuchen.
Thermoelektrische Eigenschaften des Systems ZnPc:F4-TCNQ
Für die Untersuchungen wurde das Materialsystem ZnPc:F4-TCNQ ausgewählt. Die chemische Struktur der Materialien ist in der Graphik zu entnehmen.
ZnPc (Zink Phthalozyanin) ist ein löchertransportierender organischer Halbleiter. F4-TCNQ (Tetrafluoro-tetracyanochinodimethan) wirkt in diesem Wirtssystem als p-Dotand. Aus der Literatur ist bereits bekannt, dass F4-TCNQ zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit der Matrix führt. Der Seebeck-Koeffizient liegt für eine dotierte Dünnschicht dieses Materialsystems im Bereich von einigen Hundert μV/K. Die Materialien sind außerdem gut verfügbar.
Zur Probenherstellung wurden die Pulver beider Materialien im Verhältnis 10:1 (ZnPc:F4-TCNQ) gemischt und zu einem Pressling von 0.5 mm Dicke verpresst (Probe D). Zum Vergleich wurde ebenfalls ein Pressling aus reinem ZnPc hergestellt (Probe U). Die Verwendung organischer Materialien in solchen makroskopischen Geometrien ist zwar unüblich. Jedoch stehen die benötigten Meßmethoden für diese Proben zur Verfügung, im Gegensatz zu Dünnschicht-Proben, für keine etablierten Methoden zur Probenpräparation zur Verfügung stehen.
Die Graphik (1) zeigt die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Proben. Es ist erkennbar, dass die Leitfähigkeit der dotierten Probe in der Tat höher ist als die der undotierten. Sie nimmt mit zunehmender Temperatur zu. Die für die undotierte Probe bestimmte Leitfähigkeit von etwa 2·10^–4 S/cm entspricht der Messgrenze der Apparatur. Aus entsprechenden Experimenten an aufgedampften Dünnschichten ist bekannt, dass undotiertes ZnPc eine Leitfähigkeit von 10^–8 S/cm oder kleiner aufweist. Für dotierte Dünnschichten beträgt die Leitfähigkeit bei Raumtemperatur > 10^–2 S/cm (maennig01). Es ist zu erwarten, dass für den Pressling der Transport von Ladungsträgern im Gegensatz zu einer aufgedampften Schicht erheblich behindert ist, da der Pressling weniger kompakt ist und Korngrenzen auftreten. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt, dass die Mischung von Matrix und Dotand gleichermaßen homogen ist wie in einer gemischten Dünnschicht.
Für die Wärmeleitfähigkeit wird für beide Proben ein Wert von etwa 0,2 W/mK gefunden. Bemerkenswert ist dabei neben der absoluten Höhe des Wertes, dass sich die Wärmeleitfähigkeit durch die Dotierung nicht ändert. Dies bedeutet, dass Ladungsträger nur unwesentlich zum Transport von Wärme durch den organischen Festkörper beitragen. Dies hat wichtige Implikationen für die Anwendbarkeit des Materials.
Mit Hilfe des aus der Literatur bekannten Seebeck-Koeffizienten von ZnPc:F4-TCNQ von etwa 400 μV/K (maennig01) lässt sich die Leistungszahl des Materialsystems berechnen:
Hierbei wurden in einer optimistischen Abschätzung soweit vorhanden die günstigeren Werte der Dünnschichtstruktur verwendet.
Es zeigt sich, dass die Leistungszahl des organischen Materials trotz eines geeigneten Seebeck-Koeffizienten bei Betrieb bei Raumtemperatur sehr gering ist.
Verwendung als Thermogenerator

Um zu einer Einschätzung der praktischen Verwendbarkeit von organischen Dünnschichten zu kommen, werden verschiedene Szenarien untersucht. Dabei werden 2 Materialsysteme gegenübergestellt. Zum einen wird ein idealisiertes organisches, Material betrachtet, dessen thermoelektrischen Parameter als realisierbar betrachtet werden. Allerdings stellt diese Kombination von Materialgrößen einen erheblichen Unterschied gegenüber den gegenwärtigen Messgrößen dar. Zum Vergleich werden Daten für Dünnschichten aus Wismut-Tellurid herangezogen. Dieses Material ist für thermoelektrische Anwendungen gut untersucht.

	Hypothetisches organisches Material	Wismut-Tellurid http://en.wikipedia.org/wiki/Bismuth_telluride
Wärmeleitfähigkeit (W/mK)	0,1	1
Elektr. Leitfähigkeit (S/cm)	0,4	1e3
Seebeck-Koeffizient (μV/K)	200	–287
Leistungszahl	0,000016/K	0,004/K

Aus der Leistungszahl ergibt sich der maximal möglicher Wirkungsgrad für die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie. Dabei gehen die Temperaturen des warmen und kalten Reservoirs ein. Für Anwendungen für Wärmesenken bei Raumtemperatur (T = 330 K) und einer Temperaturdifferenz von 5 K zur Wärmequelle ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad von nur 0,002%.
Um einen Betrieb im Bereich des maximalen Wirkungsgrads zur gewährleisten, müssen der elektrische Lastwiderstand und die Dimension des thermoelektrischen Einzelelements aufeinander abgestimmt werden. Für eine Schichtdicke von 100 nm und quadratischen Einzelelementen mit den Abmessungen 0,1 × 0,1 mm² ergibt sich ein optimaler Lastwiderstand von 2.5 kΩ bei einer Gesamtfläche des Bauelements von 1 cm² (d. h. einer Anordnung von 10 000 Einzelelementen auf dieser Grundfläche). Die elektrische Leistung beträgt in diesem Fall ca. 10 mW (bzw. 10 mW/cm²). Dieser Wert bezieht sich auf eine vollständige Ausfüllung der verfügbaren Fläche mit aktiven Elementen, ist also als obere Abschätzung eines tatsächlich möglichen Wertes zu verstehen.

Dieser Wert ist zu vergleichen mit Ergebnissen an Miniaturthermoelementen der Firma Micropelt, die auf einer Bi₂Te₃ Technologie beruhen. Hier werden 1,2 mW/cm² angegeben. Es ist zu beachten, dass es sich hierbei um einen realen Wert handelt, dass insbesondere die Flächeausnutzung nur < 10% beträgt und dass der Wirkungsgrad dieses Bauelements erheblich über dem organischen Bauelements liegt. Technische Herausforderungen für ein Dünnschicht-Bauelement

Vorteile	Potentieller Nutzen
Flexibilität	Einfache Integration in die Applikationsgeometrie, Einsatz in funktionalen Textilien
Herstellung durch Lösungsmittelprozesse	Geringe Stückkosten durch einfache Produktion
Geringe Wärmeleitfähigkeit	Geringere minimale Dicke des Thermoelements → geringerer Materialverbrauch
Nachteile
Geringe mechanische Stabilität
Geringe thermische Stabilität bei T > 370 K

Aus dem Vergleich der Materialparameter organischer Schichten mit den Parametern von Wismut-Tellurid ergibt sich, dass die erheblich geringere Leistungsfähigkeit des organischen Materials durch andere Vorteile ausgeglichen werden muss, um eine Anwendung ins Auge zu fassen. Hierbei könnten insbesondere geringe Produktionskosten (durch Verwendung von Lösungsmittelprozessen und Skalierbarkeit des Bauelements) und die Einpassung in die gewünschte Applikationsgeometrie aufgrund der potentiellen Flexibilität des Bauelements eine Rolle spielen. Der Leistungsbedarf des elektrischen Verbrauchers kann allerdings nur gering sein. Eine denkbare Anwendung ist die Versorgung elektrischer Funktionskleidung mit elektrischer Energie, die aus der Körperwärme gespeist wird.
Es darf dabei aber nicht verkannt werden, dass die typische Bauelementgeometrie eines thermoelektrischen Elements erheblich von denen anderer organischer Bauelemente wie zum Beispiel organische Leuchtdioden oder organische Dünnschichttransistoren abweicht. Eine Übertragung der Fertigungsprozesse für jene Strukturen auf thermoelektrische Anwendung bedarf eines hohen Anpassungsaufwands. Weiterhin besteht gerade für dünne Schichten die Schwierigkeit, dass zur Aufrechterhaltung des Temperaturgradienten ein hoher Wärmestrom benötigt wird. Ein solcher Wärmestrom kann in praktischen Situationen nur schwer kontinuierlich aufrecht erhalten werden. Dies kann erfordern, auf Dickschichttechnologien zur Fertigung der thermoelektrisch aktiven Schicht zurückzugreifen. Dies kann ebenfalls neue Herausforderungen bedeuten.
In Hinblick auf die thermoelektrischen Eigenschaften eines organischen Materials erscheinen Anwendungsbereiche interessant, die eine kostengünstige, großflächige Lösung bzw. ein flexibles Thermoelement benötigen.
Hinsichtlich der verwendeten Materialien ist insbesondere die Kombination eines molekularen Dotanden mit einer Matrix mit hoher Beweglichkeit vorteilhaft. Damit ist es ermöglicht, die in der Tabelle 2 angenommenen Materialparameter zu zeigen.
Gewöhnlich wird für thermoelektrische Bauelemente, welche sich nebeneinander auf einem Substrat befinden, eine Reihenschaltung als Struktur für p- und n-Typ Halbleiterbereiche gewählt.
Für organische Bauelemente kann die Anschlussfläche für diese p- und n-Bereichen relativ groß sein, z. B. im mm² Bereich. Das vereinfacht die Strukturierung der p- und n-Bereichen. Die Schichtdicke der organischen Schichten sollte groß genug sein um einen genügenden Wärmewiderstand zu gewährleisten der dabei den Temperaturgradienten erhält (oder mit anderen Worten, den Wärmefluss begrenzt). Je nach Anwendung, ist es erforderlich dass die Schichten aus den p- und n-Typ Materialien etwas dicker sind und im Mikrometerbereich liegen. Dickschicht-Herstellungsverfahren sind in diesem Fall besser geeignet als Dünnschicht-Herstellungsverfahren.
Unter diesen Bedingungen werden für eine Bauelementstruktur folgende Bausteine und deren Herstellungsprozesse vorgeschlagen:
Ein Substrat wird bereitgestellt. Dieses sollte genügend Wärmeleitfähigkeit und eine ausreichende mechanische Stabilität besitzen. Eine vorteilhafte Wahl sind Substrate aus Metall, wie z. B. Scheiben oder Folien aus Aluminium-, Zink-, Silizium- oder Kupfer. Elektrisch isolierende Substrate wie Keramikscheiben können auch eingesetzt werden. Falls das Substrat elektrisch leitfähig ist, kann es mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen werden. Die elektrisch isolierende Schicht kann aus organischen Materialien, z. B. Polymeren (z. B. Polyimide, Parylene), Oxidschichten oder anderen Schichten bestehen.
Im folgenden Beispiel wird eine Aluminiumfolie mit einer PMMA als isolierender Schicht verwendet.
Die Grundelektrode sollte die Flächen, die später von den p- und n-Typ Bereichen benutzt wird, bedecken. Eine vollständige Bedeckung dieser Bereiche ist nicht nötig, da die p- und n-Typ Bereiche eine gewisse eigene Leitfähigkeit besitzen. Die Grundelektrode kann durch Schattenmasken mit thermischer Verdampfung im Vakuum oder auch durch Drucken hergestellt werden. Die Grundelektrode muss ausreichend leitfähig sein um den inneren elektrischen Widerstand des Bauelements gering zu halten. Demzufolge sollten leitfähige Materialien, wie leitfähige Polymere (z. B. auf PEDOT basierende Mischungen wie Polyethylenedioxithiopen dotiert mit Polysulfonsäuren, PEDOT:PSS, oder leitfähiges Polyanilin) oder Metalle wie Kupfer, Gold, Silber, Aluminium für die Elektroden benutzt werden.
In einem bevorzugten Beispiel werden ITO-Elektroden durch Zerstäuben (Sputtern) abgelagert. Das ITO hat eine Schichtdicke von 100 nm. Die Graphik (2) gibt eine Veranschaulichung einer möglichen Anordnung der ITO-Elektroden.
Nächstfolgend wird eine Passivierungsstruktur bereitgestellt. Diese dient dazu, die Fläche für die p- und n-Typ Bereiche zu definieren, die thermische und elektrische Isolierung zwischen Grund und Deckelektrode herzustellen und die mechanische Stabilität zu gewährleisten. Die Öffnungen (Durchbrüche) in der Passivierungsschicht haben vorzugsweise eine sechseckige Struktur um die Fläche des aktiven Materials (organischer Halbleiter) größtmöglich zu wählen. Aus Gründen der Prozessvereinfachung sind aber auch eher rechteckige, quadratische oder runde Formen denkbar. Die Passivierungsstruktur kann durch Verdampfung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Lösungsmittelbeschichtung, Photolithographie und/oder Druckmethoden hergestellt werden. Nützliche Materialien sind Polyimide, Photolacke (z. B. SU-8 oder AZ1518 [Microchemicals]), PMMA (Polymethylmethacrylate), isolierende Oxide, Parylene. Falls nötig, können die Schichten auch durch Vernetzung (Crosslinking) stabilisiert werden.
In einem bevorzugten Beispiel, wird die Passivierung aus AZ1518 hergestellt und durch eine Schattenmaske belichtet. Die Passivierungsschicht hat eine Schichtdicke von 500 nm.
Die Graphik (3) zeigt die hinzugefügte Passivierungsschicht die hexagonale Öffnungen aufweist.
Danach werden die Öffnungen mit den aktiven p- und n-Materialien gefüllt. Die oberste Oberfläche der Passivierung kann so verändert werden (z. B. indem die Oberfläche hydrophob oder hydrophil gemacht wird), dass das aktive Material nicht auf die Passivierung abgeschieden wird. Solche Veränderungen der Passivierungsstruktur können z. B. durch die Nutzung geeigneter sich selbst organisierter Monolagen (z. B. durch Verwendung von Fluoroalkylsilanen (FAS) und Octadecyltrimethoxysilanen (ODS)), durch Plasmabehandlung der Oberfläche oder durch Behandlung mit Säuren oder Laugen erreicht werden. Das vereinfacht die Strukturierung der aktiven Schicht. Die p- und n-Typ Materialien können durch Tintenstrahldruck und/oder Spritz-Methoden (Spritzautomat) aufgetragen werden. Die aktiven Schichten sollten Materialien enthalten die eine hohe Löcher- und/oder Elektronenbeweglichkeit besitzen, i. e. größer als 10^–1 cm²/Vs. Diese Materialien können aus Polymeren oder aus so genannten kleinen Molekülen bestehen. Als Polymere könnte man Poly(3-hexylthiophene) (P3HT), Polyfluoren oder Copolymere (mit wiederholenden Thiophen oder Fluoren Einheiten) verwenden. Als Small molecules eignen sich Phthalocyanin (z. B. Zn Phthalocyanin oder perfluoriertes Zn Phthalocyanin), Fullerene (u. a. C60, lösbares PCBM (Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) oder fluoriniertes Fluoren), Pentacene, Porphyrine (z. B. Zn Porphyrin), Oligothiophene oder fluorierte Oligothiophene. Weiterhin sollten die aktiven Materialien Dotierungsmaterialien enthalten, welche für die Leitfähigkeit der p- oder n-Typen in den entsprechenden Öffnungen sorgen. Geeignete Dotierungsmaterialien sind Tetracyano quinodimethan (TCNQ) oder Tetrafluoro tetracyano Quinodimethan (F4TCNQ), oder ähnliche Materialien welche einen starken Akzeptorcharakter aufweisen. Diese Materialien induzieren die p-Typ Leitfähigkeit.
Weitere geeignete Dotierungsmaterialien sind Tetrathiafulvalene (TTF) und deren Derivate, Metallkomplexe wie Kobaltozen oder Dotanden wie LCV (Leukokristall Violett Base). Diese Materialien sind dadurch charakterisiert, dass sie einen starken donatorartigen Charakter haben, bzw. ein geringes Ionisierungspotential aufweisen. Diese Materialien induzieren die n-Typ Leitfähigkeit. Ladungstransferkomplexe oder radikale ionische Salze wie TCNQ:TTF können auch als aktive Materialien verwendet werden.
In einem bevorzugten Beispiel, wurden der p-Typ Bereich mit F4-TCNQ dotiertem P3HT hergestellt. Die n-Typ Bereich wurden aus mit LCV dotiertem PCBM hergestellt. Beide Schichten haben eine Dicke von 500 nm und werden durch Lösungsprozessierung der Materialien in den geeigneten Öffnungen gebildet.
Die Grafik (4) zeigt die zugefügten p- und n-Typ Bereiche (unterschieden durch unterschiedliche Farbgebung). In dieser beispielhaften Darstellung werden die p- und n-typ Bereich abwechselnd bzw. benachbart zueinander ausgeführt. In der Abbildung sind die Grundflächen für p- und n-Gebiet gleich groß gewählt. In vielen praktischen Anwendungen sollte das Verhältnis der Flächen der p- und n-Gebiete jedoch den Wärmeleitfähigkeiten bzw. spezifischen Widerständen der p-Typ und n-Typ Materialien oder dotierten Materialien angepasst werden.
Danach wird die Deckelektrode auf der Struktur bereitgestellt. Die Deckelektrode stellt einen elektrischen Kontakt zwischen den p- und n-Typ Bereichen her. Die gebildeten p/n Streifenpaare sind in Reihe geschaltet, um so an den Polen A und B die Thermospannung bereitzustellen. Die Deckelektrode sollte die Bereiche, die von den p- und n-Typ Bereichen belegt sind, bedecken. Eine vollständige Abdeckung ist nicht nötig, weil die p- und n-Typ Bereichen eine gewisse eigene Leitfähigkeit besitzen. Die Deckelektrode kann durch Schattenmasken mit thermischer Verdampfung im Vakuum hergestellt werden, oder auch durch Drucken. Die Materialien können aus derselben Materialiengruppe ausgewählt werden, die für die Grundelektrode geeignet ist.
In einem bevorzugten Beispiel, wurden Silberelektroden (100 nm Dick) bei Vakuum-Verdampfung durch eine Schattenmaske hergestellt. Eine 500 nm dicke Passivierungsschicht aus Parylene wurde darauf folgend bereitgestellt.
Die Grafik (5) zeigt die zugefügte Deckelektrodenanordnung.
Je nach Bedarf können zusätzliche Merkmale hinzugefügt werden, z. B. eine Passivierungsschicht oder über die Deckelektrodestruktur ein zweites Substrat. Die Materialien für die Passivierungsschicht können aus den Materialien, die für die Passivierungsschicht auf dem ersten Substrat benutzt wurden, ausgewählt werden. Das zweite Substrat kann aus der Gruppe der Materialien, die für das erste Substrat geeignet sind, ausgewählt werden.
Literatur

Aich01: R. D. Aich et al., Chem. Mater., 2009, 21 (4), 751
Choi86: M.-Y. Choi et al., Phys. Rev. B, 1986, 34 (11), 7727
Jiang08: F.-X. Jiang, Chin. Phys. Lett., 2008, 25 (6), 2202
Mannig01: B. Maennig et al., Phys. Rev. B, 2001, 64, 195208
Wüsten08: J. Wüsten, K. Potje-Kamloth, J. Phys. D, 2008, 41, 135113
Yakuphanoglu08: F. Yakuphanoglu et al., J. Electron. Mater., 2008, 27 (6), 930

Glossar

Grundelektrode: dem Substrat nächstliegende Elektrode, mit n- oder p-Typ Schicht (Bereich) in elektrischem Kontakt, bevorzugt auch in direktem Berührungskontakt
Deckelektrode: mit n- oder p-Typ Schicht (Bereich) in elektrischem Kontakt, bevorzugt auch in direktem Berührungskontakt, n- oder p-Typ Schicht (Bereich) ist zwischen Grundelektrode und Deckelektrode angeordnet
Elektrisch isolierend: Schicht oder Substrat die nicht elektrisch leitfähig ist, bevorzugt weist die Schicht einen elektrischen Widerstand größer als 10^6 Ohm·cm² auf; weiter bevorzugt besteht eine elektrisch isolierende Schicht oder Substrat aus einem isolierenden Material das eine Leitfähigkeit kleiner als 10^–8 S/cm^–1 aufweist.
Wärmeleitfähigkeit des Substrates: Das Substrat sollte aus ein Material sein, das eine Leitfähigkeit größer oder gleich der Wärmeleitfähigkeit vom Glas aufweisen (–1 W/(m. K)), bevorzugt größer oder gleich 10 W/(m. K) (Stahl), weiter bevorzugt größer oder gleich 200 W/(m. K) (Al).
Thermisch isolierend: Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 0,5 W/(m. K) (Epoxid), bevorzugt kleiner oder gleich 0,15 W/(m. K), weiter bevorzugt kleiner oder gleich 0,03 W/(m. K).
Flächige Schichten: sind Schichten die ein Verhältnis von der längsten Seite bis zur Schichtdicke von mindestens 1 zu 10, bevorzugt von 1 zu 100, weiter bevorzugt von 1 zu 1000 haben. Das Substrat ist bevorzugt dicker als die anderen Schichten.

Bevorzugte Dicken:
Elektrodenschichtdicken sind bevorzugt größer als 50 nm. Elektrodenschichtdicken sind bevorzugt kleiner als 10 μm, bevorzugt kleiner als 300 nm.
Die Schichtdicke der p- und n-Bereiche ist bevorzugt größer als 100 nm, bevorzugt größer als 1 μm; Schichtdicke der p- und n-Bereichen ist bevorzugt kleiner als 100 μm; p- und n-Bereiche können unterschiedliche Schichtdicken aufweisen; die unterschiedlichen Dicken können zumindest teilweise die unterschiedlichen elektronischen und thermoelektrischen Materialeigenschaften ausgleichen.
Elektrische Dotierung
Die n- und p-Dotierung in dieser Erfindung wird auch als Elektrische Dotierung bezeichnet.
Es ist bekannt, organische Halbleiter durch Dotierung hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften, insbesondere ihrer elektrischen Leitfähigkeit, zu verändern, wie dies auch bei anorganischen Halbleitern, wie Siliziumhalbleitern, der Fall ist. Hierbei wird durch Erzeugung von Ladungsträgern im Matrixmaterial eine Erhöhung der zunächst recht niedrigen Leitfähigkeit sowie je nach Art des verwendeten Dotanden eine Veränderung im Fermi-Niveau des Halbleiters erreicht. Eine Dotierung führt hierbei zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit von Ladungstransportschichten, wodurch ohmsche Verluste verringert werden, und zu einem verbesserten Übergang der Ladungsträger zwischen Kontakten und organischer Schicht. Die Dotierung im Leitfähigkeitssinne ist durch einen Ladungsübertrag vom Dotand auf ein nahe liegendes Matrixmolekül gekennzeichnet (n-Dotierung, Elektronenleitfähigkeit erhöht), bzw. durch den Übertrag eines Elektrons von einem Matrixmolekül auf einen nahe liegenden Dotanden (p-Dotierung, Löcherleitfähigkeit erhöht). Der Ladungsübertrag kann unvollständig oder vollständig erfolgen und lässt sich z. B. durch die Interpretation von Schwingungsbanden einer FTIR (fourier-transformed infrared-spectroscopy) Messung bestimmen.
Dotierungsmaterialien
Die Patentanmeldung DE10307125 (entsprechend US2005/040390 ) offenbart ein dotiertes organisches Halbleitermaterial mit erhöhter Ladungsträgerdichte und effektiver Ladungsträgerbeweglichkeit, erhältlich durch Dotierung mit einer chemischen Verbindung, insbesondere einem kationischen Farbstoff, aus der eine dotieraktive molekulare Gruppe abgespaltet wird. Erfindungsgemäße kationische Farbstoffe können Pyronin B Chlorid oder Kristallviolett Chlorid sein.
Die Patentanmeldung DE10338406 (entsprechend US2005/061232 ) offenbart die Verwendung eines Dotanden (insbesondere von Leukobasen kationischer Farbstoffe), von dem bestimmte Abgangsgruppen abgespalten werden, um eine Dotierwirkung zu erhalten. Eine erfindungsgemäße Leukobase kann zum Beispiel Leuko-Kristallviolett sein.
Die Patentanmeldung DE10347856 (entsprechend WO05036667 ) offenbart die Verwendung von Übergangsmetallkomplexen als Donoren in einem organischen Halbleitermaterial. Ein erfindungsgemäßer Übergangsmetallkomplex kann beispielsweise Bis(2,2'-terpyridin) Ruthenium sein.
Die Patentanmeldung DE10357044 (entsprechend US2005121667 ) offenbart die Verwendung von Chinonen oder 1,3,2-Dioxaborinen bzw. deren Derivate als Akzeptoren in organischen Halbleitermaterialien. Erfindungsgemäße Akzeptoren sind beispielsweise 2,2,7,7-Tetrafluoro-2,7-dihydro-1,3,6,8-dioxa-2,7-dibora-pentachloro-benzo[e]pyren oder 1,4,5,8-Tetrahydro-1,4,5,8-tetrathia-2,3,6,7-tetracyanoanthrachinon oder 1,3,4,5,7,8-Hexafluoronaphtho-2,6-chinontetracyanomethan.
Die Patentanmeldung DE102004010954 (entsprechend WO05086251 ) offenbart die Verwendung von elektronenreichen Metallkomplexen als Donoren in organischen Halbleitermaterialien. Erfindungsgemäße elektronenreiche Metallkomplexe sind zum Beispiel Tetrakis(1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidinato)dichrom (II) oder Tetrakis(1,2,3,3a,4,5,6,6a,7,8-decahydro-1,9,9b-triazaphenalenyl)diwolfram(II).
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn für eine p-Dotierung (n-Dotierung) das LUMO eines p-Dotanden (HOMO des n-Dotanden) maximal 0.5 eV größer (maximal 0.5 eV kleiner) ist als das HOMO (LUMO) einer p-Typ-(n-Typ-)Matrix. Hierbei werden der Konvention entsprechend die Größen HOMO bzw. LUMO als betragsmäßig gleich den Ionisationspotentials bzw. Elektronenaffinität angesehen, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen.
n-Dotanden (Donoren oder auch als Donatoren bezeichnet)
Molekül und/oder neutrales Radikal mit einem HOMO Niveau (Festkörperionisationspotential) typischerweise positiver als –5,5 eV (bevorzugt positiver als –5 eV). Das HOMO des Donatoren kann man aus cyclovoltammetrischen Messungen des Oxidationspotentials bestimmen. Alternativ kann das Reduktionspotential des Donatorkations in einem Salz des Donators bestimmt werden. Molare Masse des Donators zwischen 100 und 2000 g/mol, bevorzugt zwischen 200 und 1000 g/mol. Molare Dotierkonzentration zwischen 1:1000 (Akzeptormolekül:Matrixmolekül) und 1:2, bevorzugt zwischen 1:100 und 1:5, mehr bevorzugt zwischen 1:100 und 1:10. In Einzelfällen kommt auch ein Dotierverhältnis in Betracht, bei dem das Dotiermolekül mit einer höheren Konzentration als 1:2 angewendet wird, beispielsweise wenn eine besonders hohe Leitfähigkeit benötigt wird.
Der Donator kann sich während des Schichtherstellungsprozesses oder des darauf folgenden Schichtherstellungsprozesses aus einem Pre-Cursor (siehe Werner et al. DE 103 07 125.3 ) erst bilden. Das oben angegebene HOMO Niveau des Donators bezieht sich dann auf die entstehende Spezies.
Während molekulare Dotanden (d. h. Dotanden mit mehr als 6, insbesondere mehr als 20 Atomen) aufgrund ihrer Größe eine hohe Stabilität der dotierten Schichten gewährleisten, können in besonderen bzw. weniger anspruchsvollen Fällen auch weniger molekulare Dotanden eingesetzt werden. Diese können beispielsweise Alkali-Metalle, oder Alkalimetallverbindungen, bzw. Erdalkalimetalle oder Erdalkaliverbindungen sein. Beispiele sind dafür Cäsium, Lithium, Rubidium, Kalium, Cäsium, Magnesium; Cäsium Karbonat, Cäsium Oxalat, Lithium Karbonat.
In weiteren Fällen kann der p-Dotand auch durch quarternäre Ammonium-Verbindung (z. B. Tetraalkylamonium) oder durch andere kationische Verbindungen bereitgestellt werden. Dies können beispielsweise sein: Kristallviolett Kation, Imidazol-Kation, Benzimidazol-Kation, Pyridinium-Kation. Wenn Kationen als Dotanden verwendet werden, bildet in der Schicht ein Matrixmolekül das zur Ladungsneutralität benötigte Anion.
p-Dotanden (Akzeptoren)
Molekül oder/und neutrales Radikal mit einem LUMO Niveau mehr negativ als –4 eV ist (bevorzugt mehr negativ als –4,5 eV, mehr bevorzugt mehr negativ als –5 eV) besteht. Das LUMO des Akzeptoren kann man aus cyclovoltammetrischen Messungen des Reduktionspotentials bestimmen. Molare Masse des Akzeptors zwischen 100 und 2000 g/mol, bevorzugt zwischen 200 und 1000 g/mol, mehr bevorzugt between 300 g/mol and 2000 g/mol. Molare Dotierkonzentration zwischen 1:1000 (Akzeptormolekül:Matrixmolekül) und 1:2, bevorzugt zwischen 1:100 und 1:5, mehr bevorzugt zwischen 1:100 und 1:10. In Einzelfällen kommt auch ein Dotierverhältnis in Betracht, bei dem das Dotiermolekül mit einer höheren Konzentration als 1:2 angewendet wird, beispielsweise wenn eine besonders hohe Leitfähigkeit benötigt wird. Der Akzeptor kann sich während des Schichtherstellungsprozesses oder des darauf folgenden Schichtherstellungsprozesses aus einem Pre-Cursor erst bilden. Das oben angegebene LUMO Niveau des Akzeptors bezieht sich dann auf die entstehende Spezies.
Während molekulare Dotanden (d. h. Dotanden mit mehr als 6, insbesondere mehr als 20 Atomen) aufgrund ihrer Größe eine hohe Stabilität der dotierten Schichten gewährleisten, können in besonderen bzw. weniger anspruchsvollen Fällen auch weniger molekulare Dotanden eingesetzt werden. Diese können beispielsweise Metalloxide wie WO3 oder MoO3, aber auch Lewissäuren wie FeCl3 oder SbCl5 sein. Iod kann ebenfalls als p-Dotand eingesetzt werden. Weiterhin können die p-Dotanden auch durch Säurenreste gebildet werden. Im einfachsten Fall kann diese ein Chlorid-Anion (Cl-), aber auch Perchlorat-Anion sein, aber auch Verbindungen mit Säureresten wie Sulfonate (z. B. Polystyren-Sulfonat (PSS), Tosylate). FeCl4- und SbCl6-Unterfallen ebenfalls dieser Kategorie. Wenn Anionen als Dotanden verwendet werden, bildet in der Schicht ein Matrixmolekül das zur Ladungsneutralität benötigte Kation.
Löchertransportmaterialien (p-Typ Materialien)
Als Matrixmaterialien für Löchertransportschichten (p-Typ Schichten) können beispielsweise Benzidin-Derivate wie MeO-TPD, Spiro-TAD, NPD, etc verwendet werden. Insbesondere sind Löchertransportmaterialien mit einer hohen Beweglichkeit vorteilhaft, um eine hohe Leitfähigkeit bei niedriger Dotierkonzentration zu gewährleisten. Eine niedrige Dotierkonzentration ermöglicht einen hohen Seebeck-Koeffizienten. Die Beweglichkeit für Löcher sollte deshalb größer sein als 10^–2 cm2/Vs, bevorzugt größer 10^–1 cm2/Vs. Solche Beweglichkeiten sind häufig für kristalline Transportschichten möglich. Geeignete Materialien sind beispielsweise Phthalozyanine (wie z. B. Phthalozyanin Kupfer) oder Pentazen oder dessen Derivate.
Matrixmaterialien für Löchertransportschichten sind in der Regel neutrale nichtradikalisch konjugierte Moleküle. Durch Dotierung mit Akzeptorverbindungen werden entsprechend einfach (seltener mehrfach) geladene Kationen des Matrixmaterials erzeugt. Im Falle der Bildung eines einfach geladenen Kations ist dieses ein Radikalkation. Die aus Matrixmaterial und Dotand gebildete Schicht enthält also neutrale Moleküle des Matrixmaterials und durch Dotierung gebildete Kationen des Matrixmaterials.
Im allgemeinen Fall wird durch die Dotierung der Ladungszustand der Matrixmoleküle um ein oder mehrere positive Ladungen verändert. Ist beispielsweise das Matrixmaterial selbst ein Anion, wird durch die Dotierung das Anion in ein Neutralmolekül oder ein Kation überführt.
Löchertransportmaterialien für organische Bauelemente weisen in der Regel ein Oxidationspotential im Bereich von 0 V vs. Fc/Fc+ bis 0.9 V vs. Fc/Fc+ auf.
Vor allem wenn Bauelemente mit Lösungsmittelprozessen hergestellt werden sollen, kommen auch polymere Matrixmaterialien in Betracht. Für sie gelten ähnliche Anforderungen für die Beweglichkeit und die Oxidationspotentiale. Ein geeignetes Matrixmaterial können beispielsweise Oligo- bzw. Polythiophene oder deren Derivate sein.
Geeignete Lochtransportmaterialien:
Elektronentransportmaterialien (n-Typ Materialien)
Als Matrixmaterialien für Elektronentransportschichten (n-Typ Schichten) könnten beispielweise Fullerene, wie beispielsweise C60, Oxadiazolderivate, wie beispielsweise 2-(4-Biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazol, Chinoxalinbasierte Verbindungen wie beispielsweise Bis(phenylchinoxaline), oder Oligothiophene, Perylenderivate, wie z. B. Perylentetracarbonsäuredianhydrid, Naphthalenderivate, wie z. B. Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, oder andere Elektronentransportmaterialien eingesetzt werden, wie sie z. B. in A. P. Kulkarni et al., Chem. Mater. 2004, 16, 4556 beschrieben sind.
Es ist vorteilhaft, wenn die Matrixmaterialien für Elektronentransportschichten so gewählt werden, dass die entstehende Schicht eine möglichst geringe Empfindlichkeit gegenüber Einwirkung von Luft aufweist. Ein entscheidender Parameter ist hierbei das Reduktionspotential des Matrixmaterials. Dies sollte vorteilhaft größer als –1.5V vs. Fc/Fc+, insbesondere größer als –1 V vs. Fc/Fc+ gewählt werden. Eine besonders hohe Luftstabilität wird für Matrixmaterialien mit einem Reduktionspotential von größer 0.8 V vs. Fc/Fc+ erreicht.
Die Abbildung zeigte einige für luftstabile Elektronentransportschichten gut geeignete Matrixmaterialien:
Als Matrixmaterialien für Elektronentransportschichten können weiterhin Quinolinato komplexe, beispielsweise des Aluminiums oder anderer Hauptgruppenmetalle, wobei der Quinolinatoligand auch substituiert sein kann, eingesetzt werden. Insbesondere kann das Matrixmaterial Tris(8-hydroxy-quinolinato)-aluminium sein. Auch andere Aluminiumkomplexe mit O- und/oder N-Donoratomen können gegebenenfalls eingesetzt werden. Die Quinolinatokomplexe können beispielsweise einen, zwei oder drei Quinolinatoliganden enthalten, wobei die anderen Liganden vorzugsweise mit O- und/oder N-Donoratomen an das Zentralatom komplexieren, wie beispielsweise untenstehender Al-Komplex.
Matrixmaterialien für Elektronentransportschichten sind in der Regel neutrale nichtradikalische konjugierte Moleküle. Durch Dotierung mit Donorverbindungen werden entsprechend einfach (seltener mehrfach) geladene Anionen des Matrixmaterials erzeugt. Im Falle der Bildung eines einfach geladenen Anions ist dieses ein Radikalanion. Die aus Matrixmaterial und Dotand gebildete Schicht enthält also neutrale Moleküle des Matrixmaterials und durch Dotierung gebildete Anionen des Matrixmaterials.
Im allgemeinen Fall wird durch die Dotierung der Ladungszustand der Matrixmoleküle um ein oder mehrere negative Ladungen verändert. Ist beispielsweise das Matrixmaterial selbst ein Kation, wird durch die Dotierung das Kation in ein Neutralmolekül oder ein Anion überführt.
Matrixmaterialien für Elektronentransportschichten in organischen Leuchtdionden weisen häufig ein Reduktionspotential zwischen –1.9 V vs Fc/Fc+ und –2.4 V vs. Fc/Fc+ auf.
Insbesondere sind Elektronentransportmaterialien mit einer hohen Beweglichkeit vorteilhaft, um eine hohe Leitfähigkeit bei niedriger Dotierkonzentration zu gewährleisten. Eine niedrige Dotierkonzentration ermöglicht einen hohen Seebeck-Koeffizienten. Die Beweglichkeit für Elektronen sollte deshalb größer sein als 10^–2 cm2/Vs, bevorzugt größer 10^–1 cm2/Vs. Solche Beweglichkeiten sind häufig für kristalline Transportschichten möglich.
Vor allem wenn Bauelemente mit Lösungsmittelprozessen hergestellt werden sollen, kommen auch polymere Matrixmaterialien in Betracht. Für sie gelten ähnliche Anforderungen für die Beweglichkeit und die Reduktionspotentiale. Ein geeignetes Matrixmaterial können beispielsweise Polyfluorene oder deren Derivate sein.
Als Matrixmaterial können auch Phenanthroline eingesetzt werden, die substituiert oder unsubstituiert sein können, insbesondere Aryl-substituiert, beispielsweise Phenyl- oder Naphthyl-substituiert, oder auch beispielsweise Bathocuproin (BCP). Insbesondere kann Bathophenanthrolin (Bphen) als Matrixmaterial eingesetzt werden.
Des Weiteren können als Matrixmaterialien auch Heteroaromaten wie insbesondere Triazolderivate eingesetzt werden, gegebenenfalls auch Pyrrole, Imidazole, Triazole, Pyridine, Pyrimidine, Pyridazine Chinoxaline, Pyrazino-chinoxaline und dergleichen. Die Heteroaromaten sind vorzugsweise substituiert, insbesondere Aryl-substituiert, beispielsweise Phenyl- oder Naphthyl-substituiert. Insbesondere kann untenstehendes Triazol als Matrixmaterial eingesetzt werden.
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

- DE 10307125 [0051, 0058]
- US 2005/040390 [0051]
- DE 10338406 [0052]
- US 2005/061232 [0052]
- DE 10347856 [0053]
- WO 05036667 [0053]
- DE 10357044 [0054]
- US 2005121667 [0054]
- DE 102004010954 [0055]
- WO 05086251 [0055]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://en.wikipedia.org/wiki/Bismuth_telluride [0022]
- A. P. Kulkarni et al., Chem. Mater. 2004, 16, 4556 [0068]

Claims

Thermoelektrisches Bauelement, mit einem Substrat und einer Schichtanordnung, die auf dem Substrat gebildet ist, die Schichtanordnung aufweisend: – eine flächige Grundelektrode, – eine flächige Deckelektrode, – flächige p-dotierte Bereiche und flächige n-dotierte Bereiche, die zwischen der Grund- und der Deckelektrode nebeneinander angeordnet und alternierend elektrisch in Reihe geschaltet sind, und – eine Passivierungsstruktur, die jeweils zwischen benachbarten p-dotierten und n-dotierten Bereichen flächig gebildet und elektrisch sowie thermisch isolierend ausgeführt ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur Durchbrüche aufweist und die flächigen p- und n-dotierten Bereiche in den jeweiligen Durchbrüchen gebildet sind.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat flexibel ist.
Bauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Scheiben oder Folien der folgenden Materialien besteht: Metal, Aluminium, Zink, Silizium oder Kupfer.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Keramik-Substrat ist.
Bauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine elektrisch isolierende Schicht aufweist, die zwischen dem Substrat und der Grundelektrode angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine elektrisch isolierende Schicht aufweist, die auf dem Substrat auf der der Grundelektrode gegenüberliegenden Seite gebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundelektrode auf dem Substrat gebildet ist.
Bauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur ein organisches Material als Hauptmaterial enthält.
Bauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur ein Polymer als Hauptmaterial enthält.
Bauelement nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur ein flexibles Material als Hauptmaterial enthält.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur aus einem Photolack gebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur Durchbrüche aufweist, in denen die flächigen p- und n-dotierten Bereiche gebildet sind, wobei die Durchbrüche mindestens eine der folgenden Strukturen aufweisen: dreieckig, sechseckig, viereckig, quadratisch und rund.
Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Bauelementes, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – aufbereiten eines flächigen Substrates, – wahlweise: Auftragung einer elektrisch isolierenden Schicht auf der Seite der Grundelektrode, – wahlweise: Auftragung einer elektrisch isolierenden Schicht auf der der Grundelektrode gegenüberliegenden Seite des Substrates, – Auftragung von mindestens zwei leitfähigen Grundelektrodenstreifen; – Auftragung einer Passivierungsstruktur die die Grundelektrodenstreifen nur teilweise bedeckt und Durchbrüche enthält, – Auftragung von mindestens einem p-dotierten Bereich und Auftragung von mindestens einem n-dotierten Bereich in den jeweiligen Durchbrüche, so das n- und p-dotierte Bereiche von derselben Seite relativ zum Substrat von mindestem einen Grundelektrodenstreifen elektrisch kontaktiert sind, und – Auftragung von mindestens zwei leitfähigen Deckelektrodenstreifen, wobei die p- und n-Bereiche durch die Grundelektrodenstreifen und Deckelektrodenstreifen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur durch ein Druckverfahren aus einer Lösung oder Schmelze hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsstruktur durch Photolithografie hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die p- und n-dotierten Bereiche durch ein Druckverfahren aus einer Lösung oder Schmelze hergestellt werden.
Verwendung eines Bauelements nach einem der vorherigen Ansprüche als Temperatursensor, thermoelektrischer Kühler, thermoelektrischer Heizer oder thermoelektrischer Stromgenerator.