DE102011089762B4 - Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element - Google Patents
Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011089762B4 DE102011089762B4 DE102011089762.3A DE102011089762A DE102011089762B4 DE 102011089762 B4 DE102011089762 B4 DE 102011089762B4 DE 102011089762 A DE102011089762 A DE 102011089762A DE 102011089762 B4 DE102011089762 B4 DE 102011089762B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- thermoelectric
- elements
- semiconductor
- diffusion welding
- connection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- MRPWWVMHWSDJEH-UHFFFAOYSA-N antimony telluride Chemical compound [SbH3+3].[SbH3+3].[TeH2-2].[TeH2-2].[TeH2-2] MRPWWVMHWSDJEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CZJCMXPZSYNVLP-UHFFFAOYSA-N antimony zinc Chemical compound [Zn].[Sb] CZJCMXPZSYNVLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NSRGWYQTFLSLOJ-UHFFFAOYSA-N antimony;cobalt(3+) Chemical compound [Co+3].[Sb] NSRGWYQTFLSLOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- LWUVWAREOOAHDW-UHFFFAOYSA-N lead silver Chemical compound [Ag].[Pb] LWUVWAREOOAHDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/81—Structural details of the junction
- H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls mit Elementen aus thermoelektrisch aktivem Halbleitermaterial, die mit metallischen Brücken verbunden sind, wobei die Verbindungen zwischen dem Halbleitermaterial und den Metallbrücken jeweils eine Schweißverbindung durch Diffusionsschweißen umfassen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung, die keine Fremdmetalle außerhalb der Materialien der Halbleiter-Elemente und der metallischen Brücken aufweist, erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Anordnung von Halbleiter-Elementen mit metallischen Brücken mittels Diffusionsschweißen unterhalb der Solidustemperatur des Halbleitermaterials verbindet, wobei man Druck parallel zur Verbindungsfläche erzeugt.
Description
- Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes thermoelektrisches Generatormodul beziehungsweise Peltier-Element sowie ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls.
- Thermoelektrische Generatoren basieren auf dem Seebeck-Effekt, demnach sich zwischen zwei Enden eines thermoelektrischen Materials eine elektrische Spannung aufbaut, wenn sich diese Enden auf unterschiedlicher Temperatur befinden. Umgekehrt nutzen Peltier-Elemente den gleichnamigen Effekt, demnach sich der Übergang zwischen zwei Materialien aufheizt oder abkühlt, wenn er von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Auf diese Weise lässt sich mit einem Peltier-Element Wärme von der einen zu anderen Seite des Elements pumpen. Um die erzeugte elektrische Spannung bzw. gepumpte Wärmemenge zu erhöhen, werden in thermoelektrischen Generatormodulen bzw. Peltierelementen p- und n-leitende Halbleiterschenkel thermisch parallel und elektrisch seriell verschaltet. Wenn nachfolgend der Begriff thermoelektrischer Generator verwendet wird, so steht dieser auch synonym für den Begriff des Peltier-Elements.
- Bei thermoelektrischen Generatoren sowie Peltier-Elementen müssen die Elemente aus thermoelektrisch aktivem Halbleitermaterial mit metallischen Brücken verbunden werden. Diese Verbindungen müssen elektrisch und thermisch gut leitend sein und den im Modul auftretenden Kräften durch thermische Verspannungen im Betrieb standhalten. Gerade für Generatorenanwendungen müssen die Verbindungen den auftretenden hohen Temperaturen von einigen 100°C standhalten. Eine Kontamination des thermoelektrischen Funktionsmaterials durch Diffusion von Bindematerial (z.B. Lot, Kleber) muss verhindert werden, um eine Degradation der Leistung des Moduls zu minimieren.
- Peltiermodule, deren Betriebstemperatur maximal nur unwesentlich über der Raumtemperatur liegt, werden heutzutage zumeist gelötet. Generatormodule benötigen zum Betrieb auf der Heißseite deutlich höhere Temperaturen. Neben Lötverfahren wird in diesem Bereich teilweise auf eine stoffschlüssige Verbindung verzichtet. Die nötige Verbindung wird lediglich durch von außen aufgebrachte mechanische Kräfte erreicht (Kraftschluss).
- Die oben aufgeführten Lötverbindungen haben im Wesentlichen drei Nachteile: Der erste bezieht sich auf die eventuell zur Herstellung der Lötverbindung nötigen hohen Temperaturen. Der Schmelzpunkt des Lotes muss deutlich oberhalb der maximalen Betriebstemperatur des Moduls liegen. Andererseits ist es für eine Verbesserung des Wirkungsgrads des Moduls erforderlich, eine möglichst hohe Heißseitentemperatur im Betrieb zu wählen, die unter Umständen dann nur unwesentlich unterhalb der Zerstörungsschwelle des thermoelektrischen Materials liegt. Da das Lot für die Verbindung aufgeschmolzen werden muss, kann es somit bereits bei der Modulherstellung zu einer Schädigung des thermoelektrischen Funktionsmaterials führen.
- Ein weiterer Nachteil der Lötverbindung ist das verwendete Lot, das unter Umständen Bestandteile enthält, die bei der hohen Betriebstemperatur in das Funktionsmaterial diffundieren und dieses im schlimmsten Fall bis zur Funktionsunfähigkeit schädigen.
- Des Weiteren wird durch die Lotschicht eine zusätzliche Grenzschicht in den Pfad für die elektrischen Ströme und Wärmeströme eingebaut, was den parasitären elektrischen Widerstand im Modul sowie die effektiv am thermoelektrischen Material zur Verfügung stehende, die Leistung und Effizienz bestimmende Temperaturdifferenz verringert.
- Lötfreie, lose Verbindungen, wie sie heute teilweise für Generatormodule eingesetzt werden, umgehen das Problem der Herstellung sowie der Begrenzung in der Schmelztemperatur des Lotes. Im Gegenzug wird aber eine externe mechanische Klemmung des Moduls benötigt. Erst durch diese Klemmung wird ein ausreichend guter Kontakt für die Funktion des Moduls erreicht. Dies macht ein solches Modul jedoch deutlich schwerer beziehungsweise der Einbau ist wesentlich aufwändiger, da ein über die gesamte Modulfläche konstanter Anpressdruck erreicht werden muss. Zudem hängt die Güte des Übergangs entscheidend von der Oberflächengüte der Kontaktflächen ab.
- Aus
AT 508 277 A1 -
DE 10 2006 055 120 A1 beschreibt thermoelektrische Elemente, die durch die Verwendung einer porösen Matrix bzw. eines porösen Substrats hergestellt werden. Die Matrix besteht aus einem elektrisch isolierenden, ausreichend thermisch und chemisch beständigen Material mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit und wird in vorbestimmten Bereichen mit unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien versehen, so dass sich in der Matrix durchgehende Leiter ausbilden. Diese werden zu Thermopaaren elektrisch miteinander verbunden, welche ihrerseits elektrisch miteinander zum thermoelektrischen Element verschaltet werden. Das Herstellungsverfahren ist kostengünstig und sehr flexibel, so dass sich thermoelektrische Elemente für unterschiedlichste Anwendungen erzeugen lassen. - In
DE 10 2006 039 024 A1 wird ein Thermogenerator offenbart, der zur Erzeugung von Strom aus der Abwärme eines Abgaberohres dient. Der Thermogenerator weist ringförmige thermoelektrische Elemente auf, die das Abgaberohr eng umgeben und axial hintereinander angeordnet sind. Die Elemente sind durch Isolierschichten gegeneinander elektrisch isoliert. Die Stromabnahme erfolgt über Elektrodenrohre, die innen und außen angeordnet sind und jeweils zwei Elemente miteinander verbinden. Sämtliche thermoelektrischen Elemente sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Erfindung ermöglicht eine kompakte Bauweise eines Thermogenerators zur Erzeugung von Strom aus Abwärme. - Dem gegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Peltier-Element beziehungsweise thermoelektrisches Generatormodul zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verbindung zwischen den Elementen aus thermoelektrisch aktivem Halbleitermaterial und den metallischen Brücken eine Grenzschicht aufweist, die keine Fremdmetalle außerhalb der Materialien der Halbleiter-Elemente und der metallischen Brücken aufweist.
- Die vorgenannte Aufgabe wird in der ersten Ausführungsform gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls mit Elementen aus thermoelektrisch aktivem Halbleitermaterial, die mit metallischen Brücken verbunden sind, wobei die Verbindung zwischen Halbleitermaterial und Metallbrücke jeweils eine Schweißverbindung durch Diffusionsschweißen umfasst, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung, die keine Fremdmetalle außerhalb der Materialien der Halbleiter-Elemente und der metallischen Brücken aufweist, erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Anordnung von Halbleiter-Elementen mit metallischen Brücken mittels Diffusionsschweißen unterhalb der Solidustemperatur des Halbleitermaterials verbindet, wobei man Druck parallel zur Verbindungsfläche erzeugt.
- In einer weiteren Ausführungsform wird die vorgenannten Aufgabe gelöst durch ein thermoelektrisches Modul, erhältlich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
- Eine stoffschlüssige, feste Verbindung zwischen thermoelektrischem Halbleitermaterial und metallischer Brücke kann erfindungsgemäß über einen Diffusionsschweißprozess in Kombination mit Heißverformung des thermoelektrischen Materials erreicht werden.
- Thermoelektrische Halbleitermaterialien sind üblicherweise sehr spröde und lassen sich entsprechend schwierig mechanisch bearbeiten. Versuche der Anmelderin haben aber gezeigt, dass sich gesintertes thermoelektrisches Material (beispielsweise Bleitellurid) sehr gut plastisch verformen lässt, wenn man es für das Diffusionsschweißen im Vakuum oder unter Schutzgas aufheizt. Auf diese Weise lassen sich Elemente/Schenkel aus thermoelektrischem Material formschlüssig an die metallischen Brücken pressen und es kann so ein guter Kontakt erreicht werden. Bei entsprechender Geometrie des Modulsdesigns, zum Beispiel ringförmiger Brücken, wird so auch ohne aktive Verbindung der Materialien (Kleben, Schweißen, Löten) eine mechanisch stabile, gut leitende Verbindung hergestellt, die nicht durch von außen angelegte Kräfte während des Betriebs unterstützt werden muss.
- Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Halbleitermaterial Bleitellurid, Bismuttellurid und/oder Silizium-Germanium. Selbstverständlich können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch alle übrigen, im Stand der Technik bekannten Halbleitermaterialien für das erfindungsgemäße thermoelektrische Generatormodul beziehungsweise Peltier-Element eingesetzt werden. Diese umfassen insbesondere aber nicht ausschließlich Halbleiter auf Basis von Zinkantimonid, Kobaltantimonid, Eisensilizid und/oder Bleisilberantimontellurid (sog. LAST).
- Mithilfe der vorliegenden Erfindung entfällt die übliche Einengung des Arbeitsbereiches durch die Temperatur des Lotmaterials, sodass der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen thermoelektrischen Generatormodule beziehungsweise Peltier-Elemente nahe der Zersetzungstemperatur der Halbleitermaterialien beziehungsweise der metallischen Brücken ausgeweitet werden kann.
- Mit dem Diffusionsschweißen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird somit die Duktilität nahe der Solidustemperatur des Halbleitermaterials ausgenutzt. Dessen Sinteraktivität bewirkt im vorliegenden Fall die stoffflüssige Verbindung, sofern ursprünglich eine formschlüssige Verbindung vorgelegen hat. Dementsprechend ist besonders wichtig, dass die aufeinander grenzenden Materialien möglichst passgenau zueinander gearbeitet sind. Im Sinne dieser Erfindung sind die Anforderungen an geometrische Präzision der einzelnen Bauteile weniger streng als bei bisherigen Verfahren, da die Duktilität und Restsinterfähigkeit des Materials bei hohen Temperaturen ausgenutzt wird, um während des Diffusionsschweißprozesses Spalte zu schließen und die für das eigentliche Diffusionsschweißen (Stoffschluss) nötige Formschlüssigkeit herzustellen.
- Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gezeigt, dass dabei nicht nur eine Verformung in Richtung der Krafteinwirkung beim Pressen erfolgt, sondern auch orthogonal hierzu eine starke Verformung erreicht werden kann.
- Wird bei dem beschriebenen Prozess die Heizung durch einen elektrischen Strom realisiert, der durch die Verbindungsstelle fließt, so können beide Materialien durch Diffusionsschweißen stoffschlüssig und besonders fest miteinander verbunden werden: Der zu Beginn erhöhte elektrische Widerstand des Materialübergangs führt zu einer lokalen Erwärmung dieses Bereichs, was die Verbindungsfähigkeit der Materialien positiv beeinflusst. Zudem kann der Strom eine Diffusion zwischen beiden Materialien forcieren, sodass beide Materialien über diesen Diffusionsprozess miteinander verschweißt werden.
- Im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik kann hier also auf ein Lotmaterial verzichtet werden, die oben beschriebene Temperatur- und Diffusionsproblematik entfallen. Auch die zusätzliche Grenzschicht wird auf diese Weise eingespart und der elektrische wie thermische Kontakt verbessert. Zudem bildet sich eine feste Verbindung, sodass auf eine zusätzliche, externe Klemmung verzichtet werden kann.
- Auf dem thermoelektrischen Material können gegebenenfalls unter Umständen noch Schichten aufgebracht sein, die zum Beispiel als Schutzschicht oder Diffusionsbarriere im Betrieb verwendet werden. In diesem Fall geschieht die Schweißverbindung zwischen dieser Schicht und dem Brückenmaterial.
- Einerseits stellt die Heißverformung von eigentlich sprödem, thermoelektrischem Material ein Novum dar. Im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik ist es damit auch nach der Herstellung der Einzelschenkel aus thermoelektrischem Halbleitermaterial noch möglich, diese auf die exakte Geometrie für die Anwendung zu verformen bzw. eine spaltfreie Verbindung zu allen benachbarten Bauteilen zu erreichen. Dies erhöht nicht zuletzt auch die mechanische Stabilität des gesamten Moduls.
- Ein wesentliches Element der Erfindung ist andererseits die Anwendung des Diffusionsschweißens auf die Verbindung zwischen thermoelektrischen Halbleitern und metallischen Brückenelementen sowie die bevorzugte Kombination dieses Verfahrens mit der Heißverformung des Halbleiters. Das Schweißen ermöglicht im Gegensatz zu Lötverbindungen und mechanischer Klemmung stoffschlüssige, feste Verbindungen, die ohne zusätzliche, die Funktion beeinträchtigende Stoffe auskommen. Zudem wird die beim Lötprozess auftretende Temperaturproblematik umgangen.
- Im Stand der Technik ist im Wesentlichen eine planare Anordnung der Halbleiter-Elemente bekannt, wie sie beispielsweise auch aus „Wikipedia“ hervorgeht. Demgegenüber sind jedoch erfindungsgemäße thermoelektrische Generatormodule beziehungsweise Peltier-Elemente auch dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Elemente nicht nur planar sondern rohrförmig angeordnet sind. Diese Anordnungen sind in der
1 dargestellt. - Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls, wobei man eine Anordnung von Halbleiter-Elementen mit metallischen Brücken mittels Diffusionsschweißen unterhalb der Solidustemperatur des Halbleitermaterials verbindet.
- Der prinzipielle Druckaufbau und der gegebenenfalls eingesetzte Heizstrom sind in der
2 dargestellt. - Hier wird durch Anlegen einer Spannung durch die Verbindungsfläche das Diffusionsschweißen unterstützt.
- Überraschenderweise lässt sich das erfindungsgemäße Diffusionsschweißen auch bei rohrförmig angeordneten Halbleiterbauelementen zum Verbinden mit den metallischen Brücken anwenden. Hierbei wird der Druck auf die Verbindungsfläche durch Pressen parallel zur Verbindungsfläche und damit einhergehender plastischer Verformung erzeugt.
- Die erfindungsgemäße Heißverformung wurde in einer Direktsinterpresse (DSP) an gesintertem Bleitellurid erprobt. Eine auf Untermaß geschliffene, mit einer Aussparung versehene Bleitelluridtablette konnte auf diese Weise auf den Durchmesser der Pressform ausgeweitet sowie die Aussparung verschlossen werden.
- Erfindungsgemäß wurden Kupferplatten zum Diffusionsschweißen mit einem Durchmesser von 15mm auf gesinterten Bleitellurid-Tabletten von gleichem Durchmesser geschweißt. Dazu wurden die Kupferplatte und die Tablette übereinander in eine Pressform aus Graphit gestapelt und in einer Direktsinterpresse (DSP) verschweißt. Der Heizstrom der Sinterpresse floss bei diesem Verfahren direkt durch die Graphitmatrix und die Probe, wie in
2 dargestellt. Zudem wurde ein auf Bleitellurid basierendes, rohrförmiges Generatormodul mit Nickelbrücken gemäß1 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. - Die direkte Anwendung liegt in der Herstellung thermoelektrischer Module (Peltier-Elemente, thermoelektrische Generatoren), bei denen die Verbindung des Funktionsmaterials mit den metallischen Brücken über das beschriebene Verfahren realisiert werden kann, wodurch eine thermisch, elektrisch und mechanisch gute Verbindung erreicht werden kann. Darüber hinaus lässt sich das Diffusionsschweißverfahren prinzipiell auf die Verbindung vielfältiger elektrisch leitfähiger Materialien (Halbleiter, Metalle) anwenden.
Claims (7)
- Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls mit Elementen aus thermoelektrisch aktivem Halbleitermaterial, die mit metallischen Brücken verbunden sind, wobei die Verbindungen zwischen dem Halbleitermaterial und den Metallbrücken jeweils eine Schweißverbindung durch Diffusionsschweißen umfassen, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung, die keine Fremdmetalle außerhalb der Materialien der Halbleiter-Elemente und der metallischen Brücken aufweist, erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Anordnung von Halbleiter-Elementen mit metallischen Brücken mittels Diffusionsschweißen unterhalb der Solidustemperatur des Halbleitermaterials verbindet, wobei man Druck parallel zur Verbindungsfläche erzeugt.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man das Diffusionsschweißen durch Anlegen einer Spannung durch die Verbindungsfläche unterstützt. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusionsschweißen in Kombination mit Heißverformung des thermoelektrischen Materials erreicht wird. - Thermoelektrisches Modul, erhältlich mit einem Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 1 bis3 . - Thermoelektrisches Modul nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial Bleitellurid, Bismut-Tellurid und/oder Silizium-Germanium umfasst. - Thermoelektrisches Modul nach
Anspruch 4 oder5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter-Elemente planar oder rohrförmig angeordnet sind. - Thermoelektrisches Modul nach einem der
Ansprüche 4 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass es ein Peltier-Element oder ein thermoelektrischer Generator ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011089762.3A DE102011089762B4 (de) | 2011-12-23 | 2011-12-23 | Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element |
EP12813335.2A EP2795686A1 (de) | 2011-12-23 | 2012-12-19 | Thermoelektrisches generatormodul / peltier-element |
PCT/EP2012/076188 WO2013092737A1 (de) | 2011-12-23 | 2012-12-19 | Thermoelektrisches generatormodul / peltier-element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011089762.3A DE102011089762B4 (de) | 2011-12-23 | 2011-12-23 | Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011089762A1 DE102011089762A1 (de) | 2013-06-27 |
DE102011089762B4 true DE102011089762B4 (de) | 2020-06-04 |
Family
ID=47552998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011089762.3A Expired - Fee Related DE102011089762B4 (de) | 2011-12-23 | 2011-12-23 | Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2795686A1 (de) |
DE (1) | DE102011089762B4 (de) |
WO (1) | WO2013092737A1 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016213930B4 (de) * | 2016-07-28 | 2018-07-12 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Herstellung von Referenzmaterialien für Messungen des Seebeck-Koeffizienten sowie entsprechende Proben zur Verwendung als Referenzmaterial |
DE202016106971U1 (de) | 2016-12-14 | 2018-03-15 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Thermoelektrische Generatorvorrichtung |
DE102020100999A1 (de) | 2020-01-16 | 2021-07-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Thermoelektrischer Generator auf Basis von Magnesiumzinnsilizidmischkristallen |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0330896A2 (de) * | 1988-03-03 | 1989-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Befestigen von Halbleiterbauelementen auf Substraten und Anordnungen zur Durchführung desselben |
DE102006039024A1 (de) | 2006-08-19 | 2008-02-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Thermogenerator |
DE102006055120A1 (de) | 2006-11-21 | 2008-05-29 | Evonik Degussa Gmbh | Thermoelektrische Elemente, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
DE102008005694A1 (de) * | 2008-01-23 | 2009-08-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Bauelementes und thermoelektrisches Bauelement |
AT508277A1 (de) | 2009-06-09 | 2010-12-15 | Avl List Gmbh | Thermoelektrisches modul mit paarweise angeordneten p- und n- dotierten schenkeln |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1488869A (fr) * | 1965-08-09 | 1967-07-13 | Westinghouse Electric Corp | Dispositifs thermoélectriques |
FR2206034A5 (de) * | 1972-11-09 | 1974-05-31 | Cit Alcatel | |
JP2010212579A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Atsumi Tec:Kk | 熱電変換素子の製造方法 |
-
2011
- 2011-12-23 DE DE102011089762.3A patent/DE102011089762B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-12-19 WO PCT/EP2012/076188 patent/WO2013092737A1/de active Application Filing
- 2012-12-19 EP EP12813335.2A patent/EP2795686A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0330896A2 (de) * | 1988-03-03 | 1989-09-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum Befestigen von Halbleiterbauelementen auf Substraten und Anordnungen zur Durchführung desselben |
DE102006039024A1 (de) | 2006-08-19 | 2008-02-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Thermogenerator |
DE102006055120A1 (de) | 2006-11-21 | 2008-05-29 | Evonik Degussa Gmbh | Thermoelektrische Elemente, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung |
DE102008005694A1 (de) * | 2008-01-23 | 2009-08-13 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Bauelementes und thermoelektrisches Bauelement |
AT508277A1 (de) | 2009-06-09 | 2010-12-15 | Avl List Gmbh | Thermoelektrisches modul mit paarweise angeordneten p- und n- dotierten schenkeln |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013092737A1 (de) | 2013-06-27 |
EP2795686A1 (de) | 2014-10-29 |
DE102011089762A1 (de) | 2013-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2238631B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines thermoelektrischen bauelementes und thermoelektrisches bauelement | |
EP2834859B1 (de) | Pulvermetallurgische herstellung eines thermoelektrischen bauelements | |
DE102010021764B4 (de) | Verfahren zur Niedertemperatur Drucksinterverbindung zweier Verbindungspartner | |
CH652533A5 (de) | Halbleiterbaustein. | |
DE102006039024A1 (de) | Thermogenerator | |
DE102014206883A1 (de) | Thermoelektrisches Modul und Verfahren zum Herstellen desselben | |
DE102012017556A1 (de) | Thermoelektrisches konvertermodul und herstellungsverfahren dafür | |
KR20170076358A (ko) | 열전 모듈 및 그 제조 방법 | |
WO2011012549A1 (de) | Thermoelektrische module mit verbesserter kontaktanbindung | |
DE102013016920A1 (de) | Thermoelektrische Vorrichtungsanordnung, thermoelektrisches Modul und Herstellungsverfahren dafür | |
DE102011089762B4 (de) | Thermoelektrisches Generatormodul / Peltier-Element | |
EP2735034A2 (de) | Thermoelektrisches modul, verfahren zur herstellung eines thermoelektrischen moduls und verwendung eines metallischen glases oder eines gesinterten werkstoffes | |
WO2010130235A2 (de) | Verfahren zur kontaktsinterung von bandförmigen kontaktelementen | |
EP2940731A1 (de) | Transistoranordnung für einen spannverband und spannverband mit zumindest einer solchen transistoranordnung | |
WO2013124094A2 (de) | Thermoelektrisches modul und herstellungsverfahren | |
EP2486606B1 (de) | Modul mit mehreren thermoelektrischen elementen | |
WO2011012544A1 (de) | Verfahren zum aufbringen von schichten auf thermoelektrische materialien | |
DE102017115879A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines leistungselektronischen Submodul mittels eines Schweißenverfahrens | |
DE102011054739A1 (de) | Thermoelement und Herstellungsverfahren | |
EP3116009B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines elektrischen schaltkontakts | |
DE102016115221A1 (de) | Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Substraten zur Bildung eines Moduls | |
DE102008055138A1 (de) | Hochtemperaturbeständige lötmittelfreie Bauelementstruktur und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren | |
DE112019004949T5 (de) | Thermoelektrisches Modul | |
DE202010007872U1 (de) | Thermoelektrischer Generator | |
DE102017204887B4 (de) | Verfahren mit Nutzung eines Flüssigmetalls zur Fügung thermoelektrischer Module in einem SLID-Prozess und damit hergestellte Anordnung und Verwendung zur Fügung thermoelektrischer Module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0035080000 Ipc: H01L0035340000 |
|
R020 | Patent grant now final | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0035340000 Ipc: H10N0010010000 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |