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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Wandlers durch Bereitstellen eines elektrisch leitenden Trägers und Bestücken des Trägers mit thermoelektrisch aktivem Material. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen derartig hergestellten thermoelektrischen Wandler.
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Der Einsatz thermoelektrischer Wandler, welche insbesondere in der Lage sind, durch Anlegen einer elektrischen Spannung einen Temperaturunterschied zu erzeugen und umgekehrt, wird zunehmend wichtig. Derartige Wandler können bspw. zum Temperieren unterschiedlicher Gegenstände und/oder Fluide, insbesondere in einer Klimaanlage, bspw. eines Fahrzeugs, eingesetzt werden. Mit der zunehmenden Bedeutung nimmt auch die Relevanz der Herstellung derartiger Wandler zu. Wünschenswert ist es, die Wandler kostengünstig und/oder variabel und/oder mit einer hohen Qualität herzustellen.
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Zum Herstellen eines thermoelektrischen Wandlers werden üblicherweise thermoelektrisch aktive Elemente bereitgestellt, welche jeweils durch separate Leiterelemente, insbesondere in Form von Metallplatten, seriell miteinander verschaltet werden. Diese Art der Herstellung thermoelektrischer Wandler benötigt daher viele einzelne Verfahrensschritte, so dass die Herstellung aufwendig und somit teuer ist. Zudem müssen zum Herstellen von sich voneinander unterscheidenden thermoelektrischen Wandlern jeweils angepasste Leiterelemente und thermoelektrisch aktive Elemente bereitgestellt werden, wodurch die Herstellung wiederum aufwendig und teuer wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für ein Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Wandlers sowie für einen solchen thermoelektrischen Wandler verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und/oder kostengünstige Herstellung des Wandlers auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen thermoelektrischen Wandler durch das Bestücken eines elektrisch leitenden Trägers mit thermoelektrisch aktivem Material und Einbringen geeigneter Aufnahmen und Aussparungen in den mit thermoelektrisch aktivem Material bestückten Träger herzustellen. Auf diese Weise können das Anordnen von zueinander beabstandeten Elementen aus thermoelektrisch aktivem Material und das elektrische Kontaktieren dieser Elemente entfallen, so dass die Herstellung des thermoelektrischen Wandlers vereinfacht durchgeführt und somit kostengünstiger werden kann. Zudem können unterschiedlich ausgebildete thermoelektrische Wandler durch ein angepasstes Bestücken des elektrisch leitenden Trägers mit thermoelektrisch aktivem Material und/oder ein angepasstes Einbringen der Aufnahmen bzw. Aussparungen auf einfache Weise und auf dem gleichen Prinzip beruhend hergestellt werden, so dass eine erhöhte Variabilität zur Herstellung unterschiedlicher thermoelektrischer Wandler erreicht werden kann.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend wird zunächst der elektrisch leitende Träger bereitgestellt, der vorzugsweise eben bzw. plattenartig, also insbesondere als eine Platte ausgebildet ist. Voneinander abgewandte Seiten des Trägers werden dann mit thermoelektrisch aktivem Material bestückt. Dabei wird eine Trägeroberseite des Trägers mit einem ersten thermoelektrisch aktivem Material und eine von der Trägeroberseite abgewandte Trägerunterseite des Trägers mit einem zweiten thermoelektrisch aktiven Material bestückt. Anschließend wird auf dem jeweiligen thermoelektrisch aktiven Material eine Leitungsschicht aus einem elektrisch leitenden Material aufgebracht. Das heißt, dass auf dem ersten thermoelektrisch aktiven Material eine elektrisch leitende obere Leitungsschicht und auf dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material eine elektrisch leitende untere Leitungsschicht aufgebracht wird. Ist die jeweilige Leitungsschicht aufgebracht, werden an der Trägeroberseite bzw. Trägerunterseite entsprechende Aufnahmen eingebracht, um voneinander in einer Querrichtung beabstandete Materialabschnitte des jeweiligen thermoelektrisch aktiven Materials herzustellen. Dabei werden an der Trägeroberseite in einer quer zur Querrichtung verlaufenden Längsrichtung verlaufende und in Querrichtung voneinander beabstandete obere Aufnahmen und an der Trägerunterseite in Längsrichtung verlaufende sowie in Querrichtung voneinander beabstandete untere Aufnahmen eingebracht. Nach dem Einbringen der Aufnahmen ist ein Zwischenprodukt hergestellt, welches anschließend zum thermoelektrischen Wandler verarbeitet wird. Die Aufnahmen werden hierbei derart eingebracht, dass die oberen Aufnahmen sich in Querrichtung jeweils in einem in Querrichtung verlaufenden, sich insbesondere in Längsrichtung erstreckenden, Überlappabschnitt mit zumindest einem der in Querrichtung benachbarten unteren Aufnahmen überlappen. Mit anderen Worten, die oberen Aufnahmen sind in Querrichtung voneinander, jedoch nicht von den benachbarten unteren Aufnahmen beabstandet. Entsprechendes gilt analog für die unteren Aufnahmen. Die Aufnahmen entfernen dabei in ihrem zugehörigen Bereich jeweils das zugehörige thermoelektrisch aktive Material, so dass in Querrichtung benachbarte Materialabschnitte entstehen. Die oberen Aufnahmen entfernen also in ihrem jeweils zugehörigen Bereich das erste thermoelektrisch aktive Material, so dass in Querrichtung benachbarte obere Materialabschnitte entstehen. Analog hierzu entfernen die unteren Aufnahmen in ihrem jeweils zugehörigen Bereich das zweite thermoelektrisch aktive Material, so dass in Querrichtung benachbarte Materialabschnitte entstehen. Die oberen Materialabschnitte und die unteren Materialabschnitte sind hierbei aufgrund der vorstehend erwähnten, überlappenden Anordnung der Aufnahmen, in Querrichtung abwechselnd und voneinander beabstandet bzw. zueinander versetzt, angeordnet. Sind die Aufnahmen eingebracht, wird auf die jeweils zugehörige Seite eine elektrische leitende Deckschicht aufgebracht. Das heißt, dass eine elektrisch leitende obere Deckschicht auf einer Zwischenproduktoberseite des Zwischenprodukts, welche der Trägeroberseite benachbart bzw. zu dieser versetzt ist, aufgebracht wird. Analog hierzu wird eine elektrisch leitende untere Deckschicht auf einer von der Zwischenproduktoberseite abgewandten Zwischenproduktunterseite des Zwischenprodukts aufgebracht. Die jeweilige Deckschicht wird vorzugsweise derart aufgebracht, dass die zuvor eingebrachten Aufnahmen zumindest teilweise mit der Deckschicht gefüllt werden. Ist die jeweilige Deckschicht aufgebracht, werden in die jeweils zugehörige Seite entsprechende Aussparungen eingebracht, um den thermoelektrischen Wandler herzustellen. Dabei werden in Längsrichtung verlaufende sowie in Querrichtung voneinander beabstandete obere Aussparungen an der Zwischenproduktoberseite eingebracht. Analog hierzu werden in Längsrichtung verlaufende sowie in Querrichtung voneinander beabstandete untere Aussparungen an der Zwischenproduktunterseite eingebracht, wobei die jeweilige Aussparung in einem der Überlappabschnitte eingebracht wird. Das Einbringen der Aussparungen erfolgt derart, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die zugehörige Deckschicht entfernen und in den Träger eindringen um einen die in Querrichtung benachbarten Materialabschnitte trennenden Hohlraum zu bilden. Das heißt, dass die oberen Aussparungen derart eingebracht werden, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die obere Deckschicht entfernen und in den Träger soweit eindringen, dass die in Querrichtung benachbarten Materialabschnitte, das heißt jeweils ein erster Materialabschnitt und ein zweiter Materialabschnitt, durch einen Hohlraum voneinander getrennt, elektrisch jedoch verbunden sind. Analog hierzu werden die unteren Aussparungen derart eingebracht, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die untere Deckschicht entfernen und in den Träger einbringen und jeweils einen die in Querrichtung benachbarten Materialabschnitte, das heißt einen zweiten Materialabschnitt und einen ersten Materialabschnitt, trennenden Hohlraum bilden, die jedoch elektrisch miteinander kontaktiert sind.
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Die Hohlräume sind zweckmäßig jeweils derart ausgebildet, dass in Querrichtung benachbarte Materialabschnitte elektrisch und mechanisch seriell verbunden sind. Das heißt, dass in Querrichtung benachbarte Materialabschnitte eine elektrische und mechanische serielle Anordnung bilden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend angegebenen Verfahrensschritte auch in anderen Reihenfolgen durchgeführt werden können, sofern sich sie zum gleichen Ergebnis führen. Es ist beispielsweise möglich, die Trägeroberseite mit dem ersten thermoelektrisch aktiven Material zu bestücken, mit der oberen Leitungsschicht zu versehen, die oberen Aufnahmen einzubringen, die obere Deckschicht aufzubringen und die oberen Aussparungen einzubringen, bevor die entsprechenden Schritte an der Trägerunterseite durchgeführt werden.
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Die jeweilige Leitungsschicht kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann die jeweilige Leitungsschicht mehrlagig sein, wobei die einzelnen Lagen nacheinander aufgebracht werden können.
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Die jeweilige Leitungsschicht ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie eine verbesserte Haftung des anschließend aufgebrachten zugehörigen Deckschicht zur Folge hat. Dementsprechend kann die Leitungsschicht auch als Kontaktschicht bezeichnet werden. Hierzu kann die jeweilige Leitungsschicht zumindest teilweise aus einem Gemisch aus unterschiedlichen Bestandteilen bestehen. Das heißt insbesondere, dass einzelne Lagen der Leitungsschicht aus einem Gemisch bestehen oder ein Gemisch aufweisen können.
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Das jeweilige thermoelektrisch aktive Material wird vorzugsweise derart bestückt, dass die zugehörige Seite des Trägers gänzlich mit dem thermoelektrisch aktiven Material bestückt ist. Hierdurch erfolgt einerseits das Verwenden des gesamten Trägers zum Herstellen des thermoelektrischen Wandlers. Andererseits lassen sich nachfolgende Schritte zum Herstellen des Wandlers vereinfacht durchführen. Analog hierzu ist es bevorzugt, wenn die jeweilige Leitungsschicht und/oder die jeweilige Deckschicht die zugehörige Seite gänzlich bedeckt.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die oberen Aufnahmen derart eingebracht werden, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die obere Leitungsschicht und das erste thermoelektrisch aktive Material entfernen, so dass die in Querrichtung beabstandeten oberen Materialabschnitte entstehen. Analog hierzu ist es bevorzugt, wenn die unteren Aufnahmen derart eingebracht werden, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die untere Leitungsschicht und das zweite thermoelektrisch aktive Material entfernen, um die in Querrichtung beabstandeten unteren Materialabschnitte herzustellen. Vorteilhaft ist es ferner, die oberen Aussparungen derart einzubringen, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die obere Deckschicht entfernen, in den Träger eindringen und jeweils einen der die in Querrichtung benachbarten Materialabschnitte trennenden Hohlräume bilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die oberen Aussparungen derart eingebracht werden, dass sie in die gegenüberliegende, das heißt untere, Deckschicht eindringen, ohne diese jedoch zu entfernen. Hierdurch werden unerwünschte elektrische Ströme zwischen benachbarten Materialabschnitten verhindert, so dass die Effizienz des thermoelektrischen Wandlers verbessert wird. Ferner erfolgt hierdurch eine verbesserte thermische Trennung zwischen benachbarten Materialabschnitten, so dass die Effizienz des thermoelektrischen Wandlers wiederum verbessert wird. Bevorzugt ist es ferner, wenn die unteren Aussparungen derart eingebracht werden, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die untere Deckschicht entfernen, in den Träger eindringen und jeweils einen der die in Querrichtung benachbarten Materialabschnitte trennenden Hohlräume bilden. Auch für die unteren Aussparungen gilt, dass diese bevorzugt in die gegenüberliegende, das heißt obere, Deckschicht eindringen, ohne diese jedoch zu entfernen, um die zuvor erwähnten Vorteile zu erreichen und/oder weiter zu steigern.
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Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen der Träger nach dem Einbringen der Aussparungen durch das Einbringen von zumindest einem geneigt zur Längsrichtung verlaufenden Schnitt in zumindest zwei separate Teile geteilt wird, wobei das jeweilige Teil einen thermoelektrischen Wandler bildet. Das heißt, dass der zuvor hergestellte thermoelektrische Wandler derart in mehrere Teile getrennt wird, dass das jeweilige Teil wiederum einen thermoelektrischen Wandler bildet.
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Vorstellbar ist es zumindest eine der Leitungsschichten vor dem Bestücken der abgewandten Trägerseite des Trägers mit dem thermoelektrisch aktiven Material mit einer elektrisch isolierenden Isolierschicht zu versehen. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass die Leitungsschicht, auf der die Isolierschicht aufgebracht ist, mit dem thermoelektrisch aktiven Material versehen wird, das auf der abgewandten Seite aufzubringen ist. Es ist bspw. vorstellbar, die obere Leitungsschicht vor dem Bestücken der Trägerunterseite mit dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material mit einer oberen elektrisch isolierenden Isolierschicht zu versehen, um insbesondere zu verhindern, dass beim Bestücken des Trägers mit dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material das zweite thermoelektrisch aktive Material auf die obere Leitungsschicht gelangt. Hierdurch werden also unerwünschte Ströme zwischen den thermoelektrisch aktiven Materialien verhindert und folglich eine Qualität und/oder Effizienz des thermoelektrischen Wandlers verbessert. Entsprechendes gilt, wenn die untere Leitungsschicht vor dem Bestücken der Trägeroberseite mit dem ersten thermoelektrisch aktiven Material mit einer elektrisch isolierenden unteren Isolierschicht versehen wird.
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Zweckmäßig wird die jeweilige Isolierschicht vor dem Beschichten der zugehörigen Seite mit der Deckschicht entfernt. Hierdurch entsteht eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen der Leitungsschicht und der zugehörigen Deckschicht, so dass erwünschte elektrische Kontaktierungen benachbarter Materialabschnitte verbessert werden.
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Das jeweilige thermoelektrische aktive Material kann prinzipiell auf beliebige Weise auf die zugehörige Trägerseite aufgebracht werden. Bevorzugt ist es hierbei, wenn das thermoelektrisch aktive Material auf die zugehörige Trägerseite beschichtet wird.
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Also vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen zumindest eines der thermoelektrisch aktiven Materialien durch ein vakuumbasiertes Abscheideverfahren, insbesondere durch physikalische Gasphasenabscheidung, auch „physical vapour deposition“ (PVD) genannt, auf der zugehörigen Trägerseite beschichtet wird. Hierdurch ist ein großflächiges Aufbringen des jeweiligen thermoelektrisch aktiven Materials mit geringen Verunreinigungen und in einer hohen Qualität möglich.
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Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine der Leitungsschichten und/oder wenigstens eine der Deckschichten durch ein vakuumbasiertes Abscheideverfahren aufgebracht, insbesondere abgeschieden, wird. Hierdurch lässt sich die entsprechende Leitungsschicht bzw. Deckschicht großflächig und/oder mit geringen Verunreinigungen und/oder in hoher Qualität aufbringen. Wird für das Aufbringen der thermoelektrisch aktiven Materialien und/oder der Leitungsschichten und/oder der Deckschichten dasselbe Abscheideverfahren verwendet, so lässt sich das Herstellen des thermoelektrischen Wandlers besonders kostengünstig und/oder mit einer besonders hohen Qualität durchführen.
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Denkbar ist es, wenigstens eine der Leitungsschichten und/oder eine der Deckschichten mit einer Schutzschicht zur Verhinderung oder zumindest Reduzierung der Oxidation der Leitungsschicht bzw. der Deckschicht zu versehen. Die Schutzschicht, die auch Oxidationsschutzschicht bezeichnet werden kann, kann insbesondere aus einem Edelmetall, beispielsweise Gold, bestehen oder ein solches Metall aufweisen. Die Schutzschicht ist vorzugsweise im Vergleich zu den übrigen aufgebrachten Schichten dünn, um insbesondere eine verbesserte Effizienz des Wandlers zu erzielen oder die Effizienz möglichst geringfügig zu reduzieren. Ist die Schutzschicht auf die Leitungsschicht aufgebracht, kann die Schutzschicht vor dem aufbringen der zugehörigen Deckschicht entfernt werden. Dies führt in der Regel zu einer besseren Haftung der Deckschicht an der Leitungsschicht. Vorstellbar ist es aber auch, die Deckschicht im Bereich der Leitungsschicht auf die Schutzschicht aufzutragen.
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Selbstverständlich ist es vorstellbar, zwischen den angegebenen Verfahrensschritten auch andere Verfahrensschritte, wie zum Beispiel eine Reinigung eine Befestigung und dergleichen, durchzuführen.
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Es versteht sich, dass neben dem Verfahren zum Herstellen des thermoelektrischen Wandlers auch ein solcher Wandler zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Der Wandler kann dabei insbesondere als Peltierelement zum Einsatz kommen, welches beim Bestromen mit einem elektrischen Strom Wärme zwischen zumindest zwei Bereichen austauscht, insbesondere Wärme pumpt.
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Zu denken ist dabei an den Einsatz des thermoelektrischen Wandlers, insbesondere des Peltierelements, in einer Klimaanlage, bspw. eines Fahrzeugs.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 bis 6 eine Seitenansicht bei unterschiedlichen Verfahrensschritten zum Herstellen eines thermoelektrischen Wandlers,
- 7 eine Draufsicht auf den Wandler bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
- 8 eine Seitenansicht auf thermoelektrische Wandler.
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Zum Herstellen eines thermoelektrischen Wandlers 1, insbesondere eines Peltierelements 2, wie er bspw. in 6 zu sehen ist, wird zunächst ein elektrisch leitender Träger 3 bereitgestellt, wie er in 1 gezeigt ist. Der Träger 3 in 1 ist eben und plattenartig und somit als eine Platte 4 ausgebildet. Der elektrisch leitende Träger 3 ist bevorzugt aus einem Metall oder einer metallhaltigen Legierung, bspw. aus Aluminium hergestellt. Der Träger 3 erstreckt sich in einer Querrichtung 5 und einer quer zur Querrichtung 5 verlaufenden Längsrichtung 6. In einer quer zur Querrichtung 5 und quer zur Längsrichtung 6 verlaufenden Höhenrichtung 7 weist der Träger 3 eine Trägeroberseite 8 und eine von der Trägeroberseite 8 abgewandte Trägerunterseite 9 auf.
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Entsprechend 2 wird die Trägeroberseite 8 mit einem ersten thermoelektrisch aktiven Material 10, insbesondere einem Halbleiter 11, bspw. einem n-dotierten N-Halbleiter 12, bestückt. Zudem wird auf das erste thermoelektrisch aktive Material 10 eine elektrisch leitende Leitungsschicht 13 oder Kontaktschicht 13, nachfolgend auch obere Leitungsschicht 13 bzw. oberer Kontaktschicht 13 genannt, aufgebracht. Das erste thermoelektrisch aktive Material 10 wird auf der Trägeroberseite 8 geschlossen und derart aufgebracht, dass die gesamte Trägeroberseite 8 mit dem ersten thermoelektrisch aktiven Material 10 bedeckt ist. Analog hierzu wird die obere Leitungsschicht 13 geschlossen und derart auf das erste thermoelektrische Material 10 aufgebracht, dass die von der Trägeroberseite 8 abgewandte Seite des ersten thermoelektrisch aktiven Materials 10 gänzlich von der oberen Leitungsschicht 13 bedeckt ist. Beim gezeigten Beispiel wird zudem auf der oberen Leitungsschicht 13 eine optionale Schutzschicht 14 aufgebracht, welche ebenfalls geschlossen ist und die vom ersten thermoelektrisch aktiven Material 10 abgewandte Seite der oberen Leitungsschicht 13 gänzlich bedeckt. Die Schutzschicht 14 dient dabei dem Schutz der Leitungsschicht 13 bzw. Kontaktschicht 13 vor Oxidation und kann aus einem Edelmetall, beispielsweise Gold, bestehen oder ein Edelmetall aufweisen. Dabei ist in 2 ein Zustand zu sehen, bei dem das erste thermoelektrisch aktive Material 10, die obere Leitungsschicht 13 sowie die Schutzschicht 14, nachfolgend auch obere Schutzschicht 14 genannt, aufgebracht sind.
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Entsprechend 3 wird anschließend die Trägerunterseite 9 mit einem zweiten thermoelektrisch aktiven Material 15, insbesondere einem zweiten Halbleiter 16, bspw. einem p-dotierten P-Halbleiter 17, bestückt. Zudem wird auf dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material 15 eine elektrisch leitende Leitungsschicht 18 oder Kontaktschicht 18, nachfolgend auch untere Leitungsschicht 18 oder untere Kontaktschicht 18 genannt, aufgebracht. Das zweite thermoelektrisch aktive Material 15 wird derart aufgebracht, dass die gesamte Trägerunterseite 9 mit dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material 15 bedeckt ist und das zweite thermoelektrisch aktive Material 15 eine geschlossene Lage bildet. Analog hierzu wird die untere Leitungsschicht 18 auf die gesamte, von der Trägerunterseite 9 abgewandte Seite des zweiten thermoelektrisch aktiven Materials 15 aufgebracht, derart, dass sich auf dem zweiten thermoelektrisch aktiven Material 15 eine geschlossene Lage der unteren Leitungsschicht 18 bildet. Im gezeigten Beispiel ist zudem auf der unteren Leitungsschicht 18 eine optionale, elektrisch Schutzschicht 19 aufgebracht, die nachfolgend auch als untere Schutzschicht 19 bezeichnet wird, wobei die untere Schutzschicht 19 die vom zweiten thermoelektrisch aktiven Material 15 abgewandte Seite der unteren Leitungsschicht 18 gänzlich bedeckt. Die untere Schutzschicht 19 dient, anlaog zur oberen Schutzschicht 14, dem Zweck, die untere Leitungsschicht 18 bzw. Kontaktschicht 18 vor Oxidation zu schützen und kann aus einem Edelmetall, beispielsweise Gold, bestehen oder ein Edelmetall aufweisen.
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Die thermoelektrisch aktiven Materialien 10, 15, die Leitungsschichten 13, 18 sowie die Schutzschichten 14, 19 werden jeweils mit einer im Wesentlichen konstanten, in Höhenrichtung 7 verlaufenden Dicke aufgebracht. Eine Materialdicke 20 des jeweiligen thermoelektrisch aktiven Materials 10, 15 kann zwischen 10 µm und 100 µm betragen. Eine Leitungsdicke 21 der jeweiligen Leitungsschicht 13, 18 kann zwischen 10 µm und 100 µm betragen. Die jeweilige Schutzschicht 14, 19 weist vorzugsweise eine Schutzschichtdicke 22 auf, welche kleiner als die zugehörige Materialdicke 20 und/oder Leitungsdicke 21 ist. Die Schutzschichtdicke [TP-M1]22 kann bspw. zwischen 10 nm und 100 nm betragen. Der Träger 3 weist demgegenüber eine Trägerdicke 23 auf, die größer ist als die Materialdicken 20, die Leitungsdicken 21 und die Schutzschichtdicken 22 und bspw. zwischen 0,1 mm und 1 mm beträgt. Die jeweilige Leitungsschicht 13, 18 ist bevorzugt aus einem Metall oder einem metallhaltigen Material, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, hergestellt.
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Das jeweilige thermoelektrisch aktive Material 10, 15, die jeweilige Leitungsschicht 13, 18 sowie die jeweilige Schutzschicht 14, 19 wird vorteilhaft mit Hilfe eines vakuumbasierten Abscheideverfahrens, insbesondere durch physikalische Gasphasenabscheidungen, aufgebracht.
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Die jeweilige Schutzschicht 14, 19 wird nach dem Aufbringen des gegenüberliegenden thermoelektrisch aktiven Materials 10, 15 und/oder nach den nachfolgend erläuterten Verfahrensschritte, entfernt.
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Wie in 4 dargestellt, werden anschließend an der Trägeroberseite 8 obere Aufnahmen 24 und an der Trägerunterseite 9 untere Aufnahmen 25 eingebracht. Die oberen Aufnahmen 24 und die unteren Aufnahmen 25 erstrecken sich jeweils in Längsrichtung 6 und sind im gezeigten Beispiel in Querrichtung 5 gleich dimensioniert. Die oberen Aufnahmen 24 sind in Querrichtung 5 voneinander beabstandet. Entsprechendes gilt für die unteren Aufnahmen 25, welche in Querrichtung 5 voneinander beabstandet sind. Dabei sind die oberen Aufnahmen 24 und die unteren Aufnahmen 25 versetzt zueinander derart eingebracht, dass die oberen Aufnahmen 24 in Querrichtung 5 mit jeweils einem der in Querrichtung 5 benachbarten unteren Aufnahmen 25 in einem in Querrichtung verlaufenden Überlappabschnitt 26 überlappen und in Höhenrichtung 7 beabstandet sind. Die oberen Aufnahmen 24 werden dabei derart eingebracht, dass sie im jeweils zugehörigen Bereich die obere Leitungsschicht 13 und das erste thermoelektrisch aktive Material 10, im gezeigten Beispiel jedoch nicht den Träger 3, entfernen. Analoges gilt für die unteren Aufnahmen 25, welche jeweils im zugehörigen Bereich die untere Leitungsschicht 18 und das zweite thermoelektrisch aktive Material 15, im gezeigten Beispiel jedoch nicht den Träger 3, entfernen. Somit entstehen an der Trägeroberseite 8 voneinander in Querrichtung 5 beabstandete obere Materialabschnitte 27 des ersten thermoelektrisch aktiven Materials 10 sowie obere Leitungsabschnitte 28 der oberen Leitungsschicht 13, welche in Querrichtung 5 voneinander getrennt sind. An der Trägerunterseite 9 entstehen untere Materialabschnitte 29 des zweiten thermoelektrisch aktiven Materials 15, die in Querrichtung 5 voneinander beabstandet sind, sowie untere Leitungsabschnitte 30 der zweiten Leitungsschicht 18, welche in Querrichtung 5 voneinander beabstandet sind. Die oberen Materialabschnitte 27 und Leitungsabschnitte 28 sind hierbei in Querrichtung 5 versetzt zu den unteren Materialabschnitten 29 und Leitungsabschnitten 30 angeordnet. Im gezeigten Beispiel verlaufen die Aufnahmen 24, 25 zudem in Höhenrichtung 7, so dass die oberen Materialabschnitte 27 und Leitungsabschnitte 28 in Querrichtung 5 jeweils äquidistant zueinander und zu den unteren Materialabschnitten 29 und Leitungsabschnitten 30 angeordnet sind. Nach dem Einbringen der Aufnahmen 24, 25 ist ein Zwischenprodukt 31 hergestellt, welches, analog zum Träger 3, eine Zwischenproduktoberseite 32 und eine von der Zwischenproduktoberseite 32 abgewandte Zwischenproduktunterseite 33 aufweist. Das Zwischenprodukt 31 wird anschließend zum thermoelektrischen Wandler 1 verarbeitet.
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Wie in 5 dargestellt, wird hierzu zunächst auf der Zwischenproduktoberseite 32 eine elektrisch leitende, obere Deckschicht 34 und auf der Zwischenproduktunterseite 33 eine elektrisch leitende, untere Deckschicht 35 aufgebracht. Die jeweilige Deckschicht 34, 35 wird dabei derart aufgebracht, dass die zuvor eingebrachten Aufnahmen 24, 25 mit der Deckschicht 34, 35 aufgefüllt werden und die Leitungsabschnitte 28, 30 von der zugehörigen Deckschicht 34, 35 bedeckt sind. Im gezeigten Beispiel wird die jeweilige Deckschicht 34, 35 derart aufgebracht, dass sich an der jeweils zugehörigen Seite eine geschlossene, insbesondere ebene, Deckschicht 34, 35 bildet.
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Wie in 6 dargestellt, werden anschließend an der Zwischenproduktoberseite 32 obere Aussparungen 36 und an der Zwischenproduktunterseite 33 untere Aussparungen 37 eingebracht, um den thermoelektrischen Wandler 1, insbesondere das Peltierelement 2, herzustellen. Die Aussparungen 36, 37 verlaufen dabei in Längsrichtung 6. Zudem sind die oberen Aussparungen 36 in Querrichtung 5 voneinander beabstandet. Ferner sind die unteren Aussparungen 37 in Querrichtung 5 voneinander beabstandet. Die oberen Aussparungen 36 und die unteren Aussparungen 37 werden dabei in Querrichtung 5 abwechselnd eingebracht, wobei die jeweilige Aussparung 36, 37 in einem der Überlappabschnitte 26 eingebracht wird, so dass die oberen Aussparungen 36 und die unteren Aussparungen 37 in Querrichtung 5 voneinander beabstandet sind. Im gezeigten Beispiel sind die Aussparungen 36, 37 in Querrichtung 5 größer dimensioniert als die zugehörigen Überlappabschnitte 26 und verlaufen jeweils in Höhenrichtung 7. Die oberen Aussparungen 36 werden dabei derart eingebracht, dass sie jeweils im zugehörigen Bereich die obere Deckschicht 34 entfernen und in den Träger 3 eindringen, wobei sie im gezeigten Beispiel im zugehörigen Bereich den Träger 3 entfernen und in die untere Deckschicht 35 eindringen, ohne diese jedoch gänzlich zu entfernen. Da die oberen Aussparungen 36 in Querrichtung 5 größer sind als der jeweils zugehörige Überlappabschnitt 26, werden zudem im zugehörigen Bereich der jeweils zugehörige untere Materialabschnitt 29 und untere Leitungsabschnitt 30 in Querrichtung 5 teilweise entfernt. Die unteren Aussparungen 37 werden derart eingebracht, dass sie im zugehörigen Bereich jeweils die untere Deckschicht 35 entfernen und in den Träger 3 eindringen, wobei im gezeigten Beispiel der Träger 3 im zugehörigen Bereich entfernt wird. Da die unteren Aussparungen 37 in Querrichtung 5 größer sind als der jeweils zugehörige Überlappabschnitt 26, werden jeweils im zugehörigen Bereich angeordnete obere Materialabschnitt 27 und obere Leitungsabschnitt 28 in Querrichtung 5 teilweise entfernt. Zudem dringt die jeweilige untere Aussparung 27 im zugehörigen Bereich in die obere Deckschicht 34 ein, ohne diese jedoch gänzlich zu entfernen. Die jeweilige Aussparung 36, 37 bildet dabei einen die in Querrichtung 5 benachbarten Materialabschnitte 27, 29 trennenden Hohlraum 38. Hierdurch entstehen neben den in Querrichtung 5 verkleinerten Materialabschnitten 27, 29 und Leitungsabschnitten 28, 30 in Querrichtung 5 voneinander beabstandete Trägerabschnitte 39 des Trägers 3, voneinander in Querrichtung 5 beabstandete obere Deckabschnitte 40 der oberen Deckschicht 34 sowie voneinander in Querrichtung 5 beabstandete untere Deckabschnitte 41 der unteren Deckschicht 35. Somit entsteht eine elektrische und serielle Anordnung 42 der Materialabschnitte 27, 29, welche in der Anordnung 42 abwechselnd angeordnet sind. In der Anordnung 42 sind aufeinander folgende Materialabschnitte 27, 29 jeweils über einen Trägerabschnitt 39, einen Deckabschnitt 40, 41 und einen Leitungsabschnitt 28, 30 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.
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Wird der Wandler 1, insbesondere das Peltierelement 2, bestromt, ergibt sich dabei im Bereich der oberen Deckabschnitte 40 eine erste thermische Seite 43, bspw. eine Kaltseite 44, und im Bereich der unteren Deckabschnitte 41 eine zweite thermische Seite 45, bspw. eine Warmseite 46, des Wandlers 1 bzw. des Peltierelements 2.
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In 7 ist eine Draufsicht auf den in 6 gezeigten Wandler 1 zu sehen. Der gezeigte Wandler 1, insbesondere das Peltierelement 2, kann, wie mit gestrichelten Linien angedeutet, durch geneigt zur Längsrichtung 6, insbesondere in Querrichtung 5, verlaufende Schnitte 47 in mehrere, in 8 gezeigte, Teile 48 geteilt werden, wobei das jeweilige Teil 48 wiederum einen thermoelektrischen Wandler 1, insbesondere ein Peltierelement 2, bildet, der seitlich bzw. in Querrichtung 5 betrachtet dem Wandler 1 aus 6 entspricht, in Längsrichtung 6 jedoch kleiner dimensioniert ist.
