DE2348024C3 - Schenkel für thermoelektrische Generatoren und Verfahren zum Herstellen - Google Patents
Schenkel für thermoelektrische Generatoren und Verfahren zum HerstellenInfo
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Description
7. Schenkel nach Anspruch 4, dadurch ge- könnte verhindert werden, indem das heiße Ende
kennzeichnet, daß das thermoelektrische Material 55 nicht auf die genannte Temperatur erhitzt wird; dies
ein Kupfer-Silber-Selenid mit einem Selenanteil führt jedoch zu einer wesentlich verringerten Leistung
von 33,2 bis 33,5 «/0 ist. des Schenkels.
8. Verfahren zum Herstellen eines Schenkels Diese Kriechverformung tritt auf Grund der Kupnach
den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekenn- ferwanderung gegen das kalte Ende ein, wodurch das
zeichnet, daß die beiden Teile an die Zwischen- 6o heiße Ende des Schenkels einen höheren Selenanteil
schicht angegossen werden. als die übrigen Schenkelteile aufweist. Es wurde festgestellt,
daß je größer die Selenkonzentration ist, um so empfindlicher ist der Werkstoff auf Kriechver-
formung.
65 Ein weiteres Problem, welches auf Grund der
obigen Wanderung auftritt, ist ein Materialverlust
Aus der DT-OS 21 23 069 sind Schenkel für am heißen Ende. Während Kupfer-Silber-Selenide in
thermoelektrische Generatoren aus einem metallische Form von thermoelektrischen Schenkeln nur einen
sehr geringen Dampfdruck bei isothermen Unter- den thermoelekrischen Schenkeln in den Fig.1
suchungen zeigen, so beobachtet man überraschen- und 2 gezeigt
derweise einen merklichen Selenverlust am heißen In diesen Figuren gibt die Ordinate die Schenkel-Ende
des Schenkels (= 800° C), wenn dieser unter länge an, α ist das kalte Ende des Schenkels, b das
angepaßter Last m einem thermoe ektrischen Gene- 5 heiße Ende, und c zeigt eine Stelle in der Mitte des
rator arbeitet Durch den Selenverlust wird der Be- Schenkels an. Auf der Abszisse ist die Ladungsträgertneb
des Schenkels jedoch instabil. Dieser Selen- konzentration innerhalb des Schenkels aufgetragen,
verlust ist auf die Wanderung der Kupferatome im Die unterbrochenen Linien zeigen die Ladungsträger-Werkstoff
zurückzuführen, wodurch der Selenanteil konzentration, die über die ganze SchenkeUänge voram
heißen Ende ansteigt lo liegt>
wenn keme ώεΓΠώε1ιεη wd elektrischen Gra-
Der Erfindung hagt daher die Aufgabe zugrunde, dienten am Schenkel anliegen. Die ausgezogenen
bei einem Schenkel der eingangs genannten Art, diese Linien zeigen die Ladungsträgerkonzentrationen über
Kriechverformung und den Materialverlust am hei- die SchenkeUänge bei gleichen Arbeitsbedingungen,
ßen Ende zu verhindern Durch ώε Unterbrechung infolge der Zwischen-
Zur Losung dieser Aufgabe ist der erfindungs- 15 schicht im Schenkel der F i g. 2 unterscheidet sich die
gemäße Schenkel fur thermoelektrische Generatoren Änderung der Ladungsträgerkonzentration in Fig. 2
ausgehend von den eingangs genannten bekannten von der Änderung in der Fig. 1; es ist nämlich die
Schenkeln gekennzeichnet durch zumindest zwei Differenz zwischen der Ladungsträgerkonzentration
Teile gleichen Querschnitts, die im wesentlichen aus am heißen Ende in der Fig. 2 und der mittleren
dem gleichen thermoelektrischen Material bestehen 20 Ladungsträgerkonzentration im Schenkel (das ist
und die durch eine sich zumindest über ihre ganze Abstand zwischen der unterbrochenen Linie und der
Querschnittsfläche erstreckende Zwischenschicht mit ausgezogenen Linie bei Punkt b) eiwa halb so groß
verträglichem, elektrischem und thermischem Kontakt wie der Unterschied in der Ladungsträgerkonzentra-
geringen Widerstands verbunden sind, und dadurch, tion bei Punkt b des Schenkels nach F i g. 1.
daß die Zwischenschicht aus einem Material besteht, 25 Eine weitere Situation ist in den F i g. 3 und 4 in
das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt und das entsprechender Darstellung angedeutet, in denen
die Wanderung des wanderfähigen Metalls zwischen schematisch die Ladungsträgerkonzentrationen in
den beiden Teilen verhindert. nicht unterteilten und unterteilten selbstsegmentieren-
Die thermoelektrischen Schenkel nach der Erfin- den thermoelektrischen Schenkeln gezeigt sind. Das
dung können als »unterteilte« thermoelektrische 30 kalte Ende jedes der beiden Teile des unterteilten
Schenkel bezeichnet werden. Es muß darauf hinge- Schenkels ist fixiert an einer sozusagen zweiphasigen
wiesen werden, daß derartige unterteilte thermoelek- Grenze. Die unterbrochenen Linien dieser Figuren
trische Schenkel zu unterscheiden sind von thermo- zeigen die Ladungsträgerkonzentration in einem
elektrischen Schenkeln, die als segmentiert bezeichnet Werkstoff, in dem das wandernde Metall an seiner
werden, und zwar deshalb, weil in den unterteilten 35 Löslichkeitsgrenze vorliegt. Die ausgezogenen Linien
Schenkeln die Teile im wesentlichen aus den gleichen zeigen die Ladungsträgerkonzentration, die über die
Elementen bestehen. Wenn als Sperren wirkende SchenkeUänge herrscht, wenn die Schenkel unter
Zwischenschichten für segmentierte Schenkel ange- gleichen Arbeitsbedingungen betrieben werden. Wähwandt
wurden, so bestanden Unterschiede in der rend des Betriebs behält nur das kalte Ende des nicht
Zusammensetzung der Segmente. Die Zwischen- 40 unterteilten Schenkels nach Fig. 3 und die kalten
schichten wurden nur wegen dieser Unterschiede Enden der beiden Teile des unterteilten Schenkels der
angewandt. Sie bestehen z. B. bei dem aus de/ US- F i g. 4 eine Zusammensetzung, in der das wandernde
PS 34 52 423 bekannten segmentierten Schenkel Metall an der Lösungsgrenze vorliegt. Wegen der Unaus
Wolfram. Ein Unterteilen erfolgt zu einem ande- terbrechung durch die Zwischenschicht ist der Anstieg
ren Zweck als ein Segmentieren und wird nur für 45 .der Ladungsträgerkonzentration am heißen Ende
spezielle Arten von Schenkeln angewandt, die selbst- des unterteilten Schenkels über der Ladungsträgersegmentierend
sind. Der Zweck der Unterteilung ist, konzentration nach der unterbrochenen Linie etwa
eine Wanderung zwischen den unterteilten Teil- halb so groß wie der Anstieg der Ladungsträgerstücken
durch Wanderung von Elementen, die zur konzentration in dem nicht unterteilten Schenkel.
Selbstsegmentierung dienen, zu verhindern. 50 Für die oben erwähnten Kupfer-Silber-Selenide liegt
Selbstsegmentierung dienen, zu verhindern. 50 Für die oben erwähnten Kupfer-Silber-Selenide liegt
Für einen thermoelektrischen selbstsegmentieren- am heißen Ende eines unterteilten Schenkels ein
den Schenkel, der nicht unterteilt ist, variiert bei größerer Kupferanteil vor als dies der Fall wäre,
Betrieb die Ladungstiägerkonzentration kontinuier- wenn der Schenkel nicht unterteilt ist. Wie oben
Hch vom kalten zum heißen Ende. Der Anstieg der erwähnt, ist es dieser größere Kupferanteil am heißen
Ladnngsträgerkonzentration von einem Ende bis zum 55 Ende des unterteilten Kupfer-Silber-Selenidschenkels
entgegengesetzten Ende wird bestimmt von den Be- und folglich der geringere Selen anteil, der zu einer
triebsbedingungen des Schenkels, d. h. der Tempera- Verbesserung der Kriechdeformation und einer Ver-
turdifferenz, dem Stromfluß und der Schenkelgeo- ringerung der Selenverluste am heißen Ende des
metrie. Die Veränderung in der Ladungsträgerkon- Schenkels führt.
zentration über die Länge eines unterteilten selbst- 60 Fig. 5 zeigt nun den Aufbau eines Ausführungs-
segmentierenden thermoelektrischen Schenkels wird beispiels eines erfindungsgemäßen unterteilten ther-
unterbrochen durch die Zwischenschicht, so daß der moelektrischen Schenkels 10. Er besteht aus zwei in
Anstieg in der Ladungsträgerkonzentration vom kai- der Länge getrennten Teilen 11 und 12 über die ganze
ten Ende zum heißen Ende geringer ist, als dies für Querschnittsfläche (d. h. daß die Teile die gleiche
nicht unterteilte thermoelektrische Schenkel unter 65 Querschnittsfläche wie der Schenkel haben). Zwischen
gleichen Arbeitsbedingungen der Fall wäre. Um dies den beiden Teilen ist die Zwischenschicht 13 vorge-
zu zeigen, sind die Ladungsträgerkonzentrationen in sehen. Sie ist mit den beiden Teilen in verträglichem
nirht unterteilten und unterteilten selbstsegmentieren- elektrischem und thermischem Kontakt geringen
Widerstands. Die Zwischenschicht erstreckt sich zu- Zwischenschicht sollte die Wanderung innerhalb dei
mindest über die ganze Querschnittsfläche des Teile nicht stören. Sie soll auch keinen anderen
Schenkels zwischen den Teilen. In der Figur ist ein nachteiligen Einfluß auf die thermoelektrische!!
zweiteiliger thermoelektrischer Schenkel gezeigt, es Eigenschaften der Teile ausüben. Zum Beispiel sollt«
können jedoch thermoelektrische Schenkel in eine 5 nicht freies Kupfer als einziger Bestandteil der Zwi-
größere Anzahl von Teilen unterteilt sein, um grö- schenschicht für p-leitende Kupfer-Silber-Selenid-
ßere Regelung der Ladungsträgerverteilung innerhalb schenkel angewandt werden, da — wenn Kupfer in
des Schenkels während des Betriebs zu erreichen. freiem Zustand vorliegt — ein chemisches Potential
Wie aus der DT-OS 21 23 069 bekannt, bestehen am heißen Ende des Teiles besteht. Die Kupferatome
im allgemeinen die selbstsegmentierenden Werkstoffe io wandern durch den Teil in Gegenwart eines thermiaus
Metallchalkogeniden (also Metallverbindungen sehen und elektrischen Gradienten und verhindern
des Tellurs, Selens, Schwefels und Sauerstoffs). Bei damit den stabilen Betrieb des Schenkels,
den Metallen handelt es sich im allgemeinen um Andererseits kann eine Kupferschicht nur eine Kupfer, Silber, Seltene Erdmetalle und Übergangs- Auflage an der Heißendseite der Zwischenschicht metalle. In der Praxis wendet man nur solche Werk- 15 darstellen (angeordnet entgeger der kalten Fläche des stoffe an, die gute Werte bei der thermoelektrischen Teils vom Schenkel) im Falle von p-leitenden Kupfer-Umwandlung zeigen, wie Thermokraft, Widerstand Silber-Selenidschenkeln, wenn der restliche Teil der und Wärmeleitfähigkeit. Nach der üblichen tempera- Zwischenschicht eine Schicht enthält, die die Wandeturabhängigen Bestimmung der Thermokraft, des rung von Kupferatomen in den Kaltendteil des Sehen-Widerstands und der Wärmeleitfähigkeit sind für 20 kels verhindert. So ist es wünschenswert, daß man selbstsegmentierende Schenkel Werkstoffe mit einer Kupfer im Kaltendteil von p-leiteindem Kupfer-Silber-Effektivität von zumindest 0,5 · 10~s brauchbar. Selenid hat, da bei solcher Anordnung unmittelbar ein
den Metallen handelt es sich im allgemeinen um Andererseits kann eine Kupferschicht nur eine Kupfer, Silber, Seltene Erdmetalle und Übergangs- Auflage an der Heißendseite der Zwischenschicht metalle. In der Praxis wendet man nur solche Werk- 15 darstellen (angeordnet entgeger der kalten Fläche des stoffe an, die gute Werte bei der thermoelektrischen Teils vom Schenkel) im Falle von p-leitenden Kupfer-Umwandlung zeigen, wie Thermokraft, Widerstand Silber-Selenidschenkeln, wenn der restliche Teil der und Wärmeleitfähigkeit. Nach der üblichen tempera- Zwischenschicht eine Schicht enthält, die die Wandeturabhängigen Bestimmung der Thermokraft, des rung von Kupferatomen in den Kaltendteil des Sehen-Widerstands und der Wärmeleitfähigkeit sind für 20 kels verhindert. So ist es wünschenswert, daß man selbstsegmentierende Schenkel Werkstoffe mit einer Kupfer im Kaltendteil von p-leiteindem Kupfer-Silber-Effektivität von zumindest 0,5 · 10~s brauchbar. Selenid hat, da bei solcher Anordnung unmittelbar ein
Bevorzugte p-leitende Werkstoffe siud Kupfer-Sil- stabiler Betrieb des Teils sichergestellt ist.
ber-Telluride und -Selenide. Die Telluride enthalten Der Werkstoff für die Zwischenschicht variiert im allgemeinen 32,5 bis 33,7 Atomprozent Tellur, 27 »5 weitgehendst mit dem Werkstoff der Teile. Brauchbis 67 Atomprozent Kupfer und 0 bis 40 Atomprozent bare Werkstoffe für die Zwischenschicht sind Wolf-Silber. Die entsprechenden Selenide enthalten neben ram, Wolfram- Rhenium -Legierungen, Molybdän, 32,5 bis 33,7 Atomprozent Selen 60 bis 67 Atom- Niob, Platin, Kupfer und Kohlenstoff sowie Laminate prozent Kupfer und 9 bis 7 Atomprozent Silber, wie dieser Stoffe. Wolfram und Wolfram-Rhenium sind ebenfalls aus der DT-OS 21 23 069 bekannt. 30 bevorzugte Werkstoffe für Kupfer-Silber-Selenid-
ber-Telluride und -Selenide. Die Telluride enthalten Der Werkstoff für die Zwischenschicht variiert im allgemeinen 32,5 bis 33,7 Atomprozent Tellur, 27 »5 weitgehendst mit dem Werkstoff der Teile. Brauchbis 67 Atomprozent Kupfer und 0 bis 40 Atomprozent bare Werkstoffe für die Zwischenschicht sind Wolf-Silber. Die entsprechenden Selenide enthalten neben ram, Wolfram- Rhenium -Legierungen, Molybdän, 32,5 bis 33,7 Atomprozent Selen 60 bis 67 Atom- Niob, Platin, Kupfer und Kohlenstoff sowie Laminate prozent Kupfer und 9 bis 7 Atomprozent Silber, wie dieser Stoffe. Wolfram und Wolfram-Rhenium sind ebenfalls aus der DT-OS 21 23 069 bekannt. 30 bevorzugte Werkstoffe für Kupfer-Silber-Selenid-
Die Werkstoffe können zu dichten, gleichmäßigen, schenkel und können als einziges Material die Zwiununterbrochenen
Strukturen gegossen werden, die in schenschicht: für solche Schenkel aufbauen,
im wesentlichen einphasigen Kristallformen vorliegen, Um einen geringen elektrischen Übergangswiderwenn sie auf eine Temperatur über 95 bis 575° C stand zu gewährleisten, ist die Zwischenschicht mit erwärmt werden, abhängig von der jeweiligen Zu- 35 den anliegenden Teilen des Schenkels verbunden, sarnmensetzung. Insbesondere die für hohe Tempera- Eine Art einer solchen Verbindung besteht dari 1, die türen anwendbaren Kristallstrukturen zeigen hervor- Schenkelteile an Ort und Stelle an der Zwisohenragende thermoelektrische Eigenschaften. Die besten schicht anzugießen. Man kann aber auch unter Druck Werkstoffe enthalten 33,2 bis 33,5 Atomprozent Tel- die Teile gegen die Zwischenschicht pressen,
lur oder Selen, vorzugsweise letzteres. Die Selenide 40 .
und Telluride von Kupfer und Silber mit etwa 1 Atom- Beispiel 1
prozent Silber und die Telluride mit etwa 32 bis Ein unterteilter thermoelektrisdier Schenkel wurde 36 Atomprozent Silber werden bevorzugt. hergestellt in einer Gießform mit drei Unterteilungen
im wesentlichen einphasigen Kristallformen vorliegen, Um einen geringen elektrischen Übergangswiderwenn sie auf eine Temperatur über 95 bis 575° C stand zu gewährleisten, ist die Zwischenschicht mit erwärmt werden, abhängig von der jeweiligen Zu- 35 den anliegenden Teilen des Schenkels verbunden, sarnmensetzung. Insbesondere die für hohe Tempera- Eine Art einer solchen Verbindung besteht dari 1, die türen anwendbaren Kristallstrukturen zeigen hervor- Schenkelteile an Ort und Stelle an der Zwisohenragende thermoelektrische Eigenschaften. Die besten schicht anzugießen. Man kann aber auch unter Druck Werkstoffe enthalten 33,2 bis 33,5 Atomprozent Tel- die Teile gegen die Zwischenschicht pressen,
lur oder Selen, vorzugsweise letzteres. Die Selenide 40 .
und Telluride von Kupfer und Silber mit etwa 1 Atom- Beispiel 1
prozent Silber und die Telluride mit etwa 32 bis Ein unterteilter thermoelektrisdier Schenkel wurde 36 Atomprozent Silber werden bevorzugt. hergestellt in einer Gießform mit drei Unterteilungen
Es sind auch η-leitende Kupfer-Silber-Chalko- geringfügig unterschiedlichen Durchmessers. Der Teil
genide verwendbar. Die beste Kombination von Hoch- 45 mit dem geringsten Durchmesser befand sich am
temperatur-Anwendbarkeit und guten thermoelek- Formboden. Der etwas größere Formteil (etwa
irischen Eigenschaften ergab sich bei Werkstoffen, die 0,25 mm Φ) begann bei 3,4 mm über dem Formin der Hauptsache Silber, Selen und Tellur, aber auch boden. Der Formteil mit dem größten Durchmisser
bis etwa 5 Atomprozent Kupfer und Schwefel ent- (etwa 0,25 mm 0) begann bei 7 mm über dem Fonnhalten.
Der Anteil an Silber und Kupfer liegt im all- 50 boden. Der mittlere Durchmesser der ganzen Form
gemeinen zwischen etwa 65,7 bis 67,7 Atomprozent betrug etwa 6,4 mm. Eine Wolfram-Rbenium-Sdheibe
Die Zusammensetzung ist im allgemeinen folgende: wurde auf die Stufen innerhalb der Form auf Grund
60,7 bis 67,7 Atomprozent Silber, 10 bis 30 Atom- der Änderung der Durchmesser eingelegt Thennoprozent
Tellur, 3 bis 24 Atomprozent Selen. elektrisches Material aus 65,57 Atomprozent Kupfer,
Im allgemeinen hat die Zwischenschicht die Form 55 1 Atomprozent Silber und 33,43 Atomprozent Selen
einer dünnen Folie oder eines Laminats von 2 oder wurde bei 1180° C eingeschmolzen, die Schmelze
mehreren Folien oder Schichten, wobei diese Vorzugs- jedem Formteil zugeführt, nach dem Erstarren das
weise dünner als etwa 0,5 mm, insbesondere dünner unterteilte Element ausgeformt und am kalten Ende
als 0,127 mm, sind. Sie sollten sich über die ganze mit Hilfe einer eutektischen Kupfcr-Sflber-Legierung
Querschnittsfläche des Schenkels erstrecken, können 60 eine kaltgebundene Elektrode befestigt
jedoch auch über diese hinausreichen. Die Gesamtlänge des unterteilten Schenkels be trug
Die Zwischenschicht sollte chemisch verträglich etwa 11 mm. Der Schenkel wurde zur Prüfung bei
sein mit den Werkstoffen der Teile, gegen die sie einer Temperaturdifferenz zwischen 800 und 270° C
angeordnet ist Während die Zwischenschicht die in einer Argonatmosphäre von 1,4kg/cm2 gehalten
Wanderung der wanderungsfähigen Metalle zwischen 65 und ein Strom in der Nahe der angepaßten Lasi bei
ien Teilen verhindern soll, soll sie doch eine gute einem Längsdruck von 10,5 kg/cm* angelegt Der
slektnsche Leitfähigkeit besitzen, d. h., der Wider- Schenkel arbeitete 3200 h und zeigte eine Thermo-
rtand soll weniger als etwa 10 mQm betragen. Die kraft von 289 μΥ/grd gegenüber Platin. Der Wider-
stand betrug 11,99 mQ· cm. Aus diesem Widerstand
ergibt sich, daß die Zwischenschicht zum Widerstand nur etwa 5,2 %>
beiträgt. Man beobachtete keine Kriechverformung.
Ein thermoelektrischcr Schenkel mit einem Durchmesser
von 6,4 mm der Zusammensetzung nach Beispiel 1 wurde in drei Teile zersägt, wobei die Längen
der Teile 5,8 bzw. 0,2 bzw. 0,16 mm betrugen. Sie wurden aufcinandergestapdt, wobei das längste Stück
unten zu liegen kam, dann wurde ein 25 (im starkes
Wolframblech aufgelegt, dann der nächste Teil daraufgeschichtci und nochmals eine solche Wolframfolie
eingelegt, auf die dann der kürzeste Tei! kam. Der so gebildete unterteilte thermoelektrische Schenkel
wurde im Vakuum von etwa 10~6Torr über eine
Temperaturdiflerenz 10000C — 150JC und unter
einem Längsdruck von 3,5 kg/cm2 110 h geprüft Die
midiere Thermokraft betrug 250 uV/grc! gegenüber Platin. Der Widerstand lag bei 8,45ηιΩ·αη. Eine
geringfügige Kriechverformung wurde beobachtet. Es kann angenommen weiden, daß eine größere Anzahl
von Zwischenschichten als zwei für eine Arbeitstemperatur bei 1000° C erforderlich ist.
Ein thermoelektrischer Schenkel aus 65,57 Atomprozent Kupfer, 1 Atomprozent Silber und 33,43
Atomprozent Selen mit einem Durchmesser von etwa 6,4 mm wurde in zwei Teile gesägt mit einer Länge
von 2,5 mm bzw. 7,5 mm. Der größere Teil wurde
i.o unten angeordnet, darauf eine Wolframscheibe, Stärke
0,12 mm, Durchmesser 6,5 mm, und darauf eine Platinscheibe, 0,12 mm Stärke, 6,4 mm Durchmesser,
und schließlich der kürzere Teil angeordnet. Dieser Stapel wurde im Vakuum bei 10~nTorr über ein
Tcmperaturintervall von 800 bis 200° C unter einem Längsdruck von 21 kg/cm2 5200 h geprüft. Die mittlere
Thermokraft betrug 275 μν/grd gegenüber Platin und der mittlere Widerstand 10,05 mn-cm. Nur
0,2 °/o des Widerstands wurden von der Zwischen-
7.0 schicht aufgebracht. Es wurde eine geringfügige Kriechverformung festgestellt, die besagt, daß möglicherweise
zusätzliche Zwischenschichten für dieses Arbeitstemperalur-Gebiet erforderlich sind.
Hierzu 1 Blatt: Zeichnungen
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Claims (6)
- ! 2und nichtmetallische Elemeate enthaltenden einpha-cieen thennoelektrischen Material mit bestimmterPatentansprüche: Kristallstruktur bekannt, bei dem zur Erzeugung der. , «~ * «„ orfnrripriichen Ladungsträger ein stöchiometrischer Schenkel für thermoelektrische Generatoren __ ^o/r d™Unt^ch4 Jn zumindest dem —JISTSSASAA EIe 5 über oder gmente enthaltenden einphasigen thermoelektri- das denj Hauptteil der K^tallstxuktur bilde^ sehen Material mit bestimmter Kristallstruktur, Hegt und bei dem dieses MetaU1 unter dem gemein, das zur Erzeugung der erforderlichen Ladungs- samen Einfluß von längs des Schenkels verlaufenden träger einen stödüometrischen Über- oder Unter- thermischen und elektrischen Gradienten von einem schuß von zumindest dem Metall, welches den xo Senkelende zum anderen unter Ausbüdung einer Hauptteil der Kristallstruktur bildet, enthalt und längs des Schenkels sich ändernden Ladungstragerbei dem dieses Metall unter dem gemeinsamen konzentration wandertEinfluß von längs des Schenkels verlaufenden In z.B. einem p-leitenden thennoelektrischenthermischen und elektriscnen Gradienten von Schenkel aus etwa 65 5 Atomprozent Kupfer, 1 Atomeinem Ende des Schenkels gegen das andere Ende x5 Prozent Silber. 33,5 Atomprozent Selen wandern die des Schenkels unier Ausbildung einer sich längs Kupferatome vom heißen Ende gegen das kalte Ende des Schenkels ändernden stabilen Ladungsträger- des Schenkeis. Eine Abstufung von verschiedenen konzentration wandert, dadurch gekenn- Anteilen an Kupfer entwickelt sich innerhalb des zeichnet, daß zumindest zwei Teile (11, 12) Schenkels aufgrund dieser Wanderung, wobei die gleichen Querschnitts vorgesehen sind, die im »o höchste Kupferkonzentration am kalten Ende und wesentlichen aus dem gleichen derartigen thermo- die geringste am heißen Ende vorliegt. Diese Abelektrischen Material bestehen und die durch stufung ist vorteilhaft fur die thermoelektrischen eine sich zumindest über ihre ganze Querschnitts- Eigenschaften des Schenkels, da der niedere Kupferfläche erstreckende Zwischenschicht (13) mit ver- anteil am heißen Ende bedeutet, daß die Dotierung träglichem, elektrischem und thermischem Kon- »5 des Werkstoffs — d. h. die Anzahl dei■ stromleitenden takt geringen Widerstands miteinander verbunden Löcher - am heißen Ende hoher ist. Um die thermosind, und daß die Zwischenschicht (13) aus einem elektrische Umwandlung möglichst hoch zu halten, Material besteht, das eine gute elektrische Leit- werden mehr Ladungsträger in einem thermoelekfähigkeit besitzt und das die Wanderung des trischen Schenkel benötigt an Stellen, die naher dem wanderfähigen Metalls zwischen den beiden Tei- 3<> heißen Ende gelegen sind, len (11,12) verhindert. Ein thermoelektrischer Schenkel, der obige vorteil-
- 2. Schenkel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- hafte Wanderung und Abstufung seiner Atome zeigt, zeichnet, daß die Zwischenschicht (13) eine wird als »selbstsegmentierend« bezeichnet. Ein sol-Schicht aus Wolfram oder einer Wolfram- eher thermoelektrischer Schenkel erreicht automa-Rhenium-Legierung enthält. 35 tisch eine Variation der Anzahl an Ladungsträgern,
- 3. Schenkel nach Anspruch 2, dadurch gekenn- wie man sie vorher nur erreichen konnte durch zeichnet, daß die Zwischenschicht (13) auch eine mechanische Anordnung bestimmter thermoelektri-Platinschicht enthält, die gegen das heiße Ende scher Schenkelsegmente unterschiedlicher Dotierung, gerichtet ist. Während diese Wanderung der Ladungsträger von
- 4. Schenkel nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- 40 Vorteil ist, so konnte festgestellt werden, daß sie auch durch gekennzeichnet, daß das thermoelektrische für bestimmte Probleme verantwortlich ist, die die Material im wesentlichen ein Kupfer-Silber- Anwendbarkeit der thermoelektrischen Schenkel mit Chalkogenid ist. hervorgerufener Abstufung begrenzen.
- 5. Schenkel nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Ein Problem ist die Tendenz des heißen Endes von zeichnet, daß das thermoelektrische Material ein 45 Schenkeln auf der Basis von Kupfer-Silber-Seleniden, Kupfer-Silber-Tellurid, enthaltend 32,5 bis 33,7 eine Kriechverformung nach einer gewissen Arbeits-Atomprozent Tellur, 27 bis 67 Atomprozent Kup- zeit zu erleiden. Während des Betriebes befindet sich fer und 0 bis 40 Atomprozent Silber, ist. der Schenkel unter Längsdruck in der Kontaktierung,
- 6. Schenkel nach Anspruch 4, dadurch gekenn- und das heiße Ende des Schenkels wird auf eine zeichnet, daß das thermoelektrische Material ein 5° Temperatur in der Größenordnung von zumindest Kupfer-Silber-Selenid, enthaltend 32,5 bis 33,7 8000C erwärmt. Nach einer Betriebszeit von etwa Atomprozent Selen, 60 bis 67 Atomprozent Kup- 100 Stunden ist z. B. der Durchmesser des heißen fer und 0 bis 7 Atomprozent Silber, ist. Schenkels bis auf 15 °/o angestiegen. Das Problem
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