KR101850691B1 - Fabrication Method of Flexible Thermoelectric Device Using Laser lift-off - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 구조체에, 상기 반도체층의 반도체물질이 결정화 또는 재결정화되도록 레이저를 조사하여 상기 투명 기판을 분리하는 유연 열전 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible thermoelectric element; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, And a sacrificial layer in contact with the transparent substrate so as to crystallize or recrystallize the semiconductor material of the semiconductor layer, thereby separating the transparent substrate from the transparent substrate .

Description

레이저 박리를 이용한 유연 열전소자의 제조방법{Fabrication Method of Flexible Thermoelectric Device Using Laser lift-off}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flexible thermoelectric device,

본 발명은 레이저 박리를 이용한 유연 열전소자의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 박리 공정 중 발생하는 물리적 충격에 의해 열전 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 유연 열전소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flexible thermoelectric element using laser ablation, and more particularly, to a method of manufacturing a flexible thermoelectric element that can prevent a thermoelectric element from being damaged by a physical impact occurring during a stripping process.

열전효과(thermoelectric effect)는 열에너지와 전기 에너지가 상호작용에 의해 서로 직접 변환하는 효과로, thomas johann seebeck에 의해 발견된 제백효과(seebeck effect)와 jean charles peltier에 의해 발견된 펠티어 효과(peltier effect)를 총칭하는 것으로, 이러한 열전효과를 발현하는 소자를 열전소자(thermoelectric device)라고 한다. The thermoelectric effect is a direct effect of heat energy and electric energy interacting with each other. It is a peltier effect found by jean charles peltier and a seebeck effect found by thomas johann seebeck. , And a device that exhibits such a thermoelectric effect is called a thermoelectric device.

상기 열전소자는 열에너지를 전기에너지로 변환하는 제벡 효과를 이용한 열전발전소자(thermoelectric power generating device), 전기에너지를 열에너지로 전환하는 펠티어 효과를 이용한 냉동소자(cooling device) 등이 있으며, 에너지 절감이라는 시대적 요구에 가장 잘 부응하는 소재이자 기술이다. 이는 자동차, 항공·우주, 반도체, 바이오, 광학, 컴퓨터, 발전, 가전제품 등 산업 현장에 광범위하게 활용되고 있으며, 열효율을 증진시키기 위한 노력이 연구소와 대학 등을 중심으로 진행되고 있다.The thermoelectric element includes a thermoelectric power generating device that uses a Seebeck effect to convert heat energy into electrical energy, and a cooling device that uses a Peltier effect that converts electrical energy to thermal energy. It is the material and the technology that best responds to the demand. This is widely used in industrial fields such as automobiles, aerospace, semiconductor, bio, optics, computers, power generation, and household appliances. Efforts to improve thermal efficiency are being conducted by research institutes and universities.

일반적으로 열전소자는 알루미나(Al2O3) 등의 세라믹 하부기판 위에 제 2 전극을 형성하고, 전극 표면에 N형 및 P형 반도체로 이루어지는 열전물질을 형성하고, N형 열전물질 및 P형 열전물질이 제 1 전극을 통해 직렬로 연결되는 구조로 제작되는 것이 통상적이다. 그러나 이러한 열전소자는 cascade형 또는 segment형으로, 형상 변경이 어려우며, 알루미나(Al2O3) 또는 질화알루미나(AIN) 등의 무겁고 플렉서블한 특성이 없는 세라믹 기판을 사용함으로써, 신체, 차량, 항공기등 경량화가 요구되는 분야로 활용하기 어려우며, 또한 유연성 열전소자가 요구되는 분야로는 응용이 어려운 단점이 있다. 또한 벌크 형태로 P형, N형 열전물질을 1㎜ ~ 수십 ㎜ 길이로 형성하여 전기적으로 직렬이 되도록 접합하여 제작되고 있으나, 상하부 기판에 의한 열손실이 크다. Generally, a thermoelectric element is formed by forming a second electrode on a ceramic lower substrate such as alumina (Al 2 O 3 ), forming a thermoelectric material made of N-type and P-type semiconductors on the surface of the electrode, It is customary to fabricate the structure in which the material is connected in series through the first electrode. However, these thermoelectric elements are cascade type or segment type, and it is difficult to change the shape. By using a ceramic substrate having no heavy and flexible characteristics such as alumina (Al 2 O 3 ) or alumina nitride (AIN) It is difficult to use it as a field requiring light weight, and it is also difficult to apply to a field requiring a flexible thermoelectric device. In addition, the P-type and N-type thermoelectric materials are formed in a bulk shape to have a length of 1 mm to several tens mm and are electrically connected in series. However, the heat loss due to the upper and lower substrates is large.

이러한 기술적 한계를 타계하기 위해, 대한민국 등록특허 10-1493797호를 통해, 열전소자의 상부 및/또는 하부에 기판이 위치하지 않으며, 비 전도성의 유연성 메쉬가 열전물질 기둥 어레이를 관통하며 지지하도록 하여, 기계적 안정성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 열전소자를 제안한 바 있다. 그러나, 외부의 힘에 의해 열전소자를 지지하는 기판과 열전소자의 분리가 이루어짐에 따라, 박리공정 중 열전소자에 물리적인 손상이 발생할 위험이 있어, 고출력 유연 열전소자를 제작하는데 한계가 있다.In order to overcome these technical limitations, Korean Patent No. 10-1493797 discloses that a substrate is not placed on the upper and / or lower portion of the thermoelectric element and the non-conductive flexible mesh is supported through the thermoelectric material column array, And a thermoelectric element capable of simultaneously securing mechanical stability and flexibility has been proposed. However, due to the separation of the thermoelectric elements from the substrate supporting the thermoelectric elements by an external force, there is a risk of physical damage to the thermoelectric elements during the peeling process, and there is a limit in manufacturing high output flexible thermoelectric elements.

대한민국 등록특허 10-1493797호Korean Patent No. 10-1493797

본 발명의 목적은 기판 박리 공정 중 발생하는 물리적 충격에 의해 열전 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 유연 열전소자의 제조방법을 제공하는 것이며, 단시간 내에 기판의 박리가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 유연 열전 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a flexible thermoelectric device which can prevent a thermoelectric element from being damaged by a physical impact occurring during a substrate stripping process, And a method of manufacturing the flexible thermoelectric element.

본 발명의 다른 목적은, 기판 박리 공정 중 발생하는 물리적 충격에 의해 열전 소자가 손상되는 것을 방지할 수 있는 유연 열전소자 제조용 구조체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a structure for manufacturing a flexible thermoelectric device which can prevent a thermoelectric element from being damaged by a physical impact which occurs during a substrate stripping process.

본 발명에 따른 유연 열전 소자의 제조방법은, 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 구조체에, 상기 반도체층의 반도체 물질이 결정화 또는 재결정화되도록 레이저를 조사하여 상기 투명 기판을 분리하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to the present invention includes: preparing a flexible thermoelectric device; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, And separating the transparent substrate by irradiating a laser to crystallize or recrystallize the semiconductor material of the semiconductor layer in a flexible thermoelectric device structure including a sacrificial layer having a layer contacting the transparent substrate.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 a) 상기 유연 열전소자 구조체를 제공하는 단계; 및 b) 상기 투명 기판을 통해 상기 반도체층으로, 하기 관계식 1을 만족하도록 레이저를 조사하는 단계;를 포함한다.A manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: a) providing the flexible thermoelectric element structure; And b) irradiating the semiconductor layer with the laser through the transparent substrate so as to satisfy the following expression (1).

(관계식 1)(Relational expression 1)

100 mJ/cm2 ≤Pl≤ 5J/cm2 100 mJ / cm 2 ? P l ? 5J / cm 2

관계식 1에서, Pl은 반도체층에 조사되는 레이저 파워이다.In the relational expression 1, P l is the laser power irradiated on the semiconductor layer.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, b) 단계에서, 조사된 레이저의 누적된 레이저 파워가 상기 관계식 1을 만족하도록, 2회 이상 레이저를 조사할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step b), the laser may be irradiated twice or more so that the accumulated laser power of the irradiated laser satisfies the above-described relational expression (1).

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, b) 단계에서, 반도체층과 투명 기판 간의 계면을 기준 평면으로 하여, 기준 평면 내(in-plane) 서로 직교하는 제1 방향과 제2방향을 기준으로, 스팟(spot) 또는 라인(line)형상의 레이저가 기준 평면에 조사되도록 제1방향과 제2방향으로 이동 조사되되, 제1방향 또는 제2방향으로 이동시 스팟의 중심 또는 라인의 중심선의 이동 거리가 스팟의 폭 또는 라인의 폭보다 좁을 수 있다. In one embodiment of the present invention, in the step b), the interface between the semiconductor layer and the transparent substrate is defined as a reference plane, and the first direction and the second direction orthogonal to each other in- The moving distance of the center of the spot or the center line of the line when moving in the first direction or the second direction is smaller than the moving distance of the center line of the spot or the center line of the line when the laser is irradiated in the first direction and the second direction, May be narrower than the width of the spot or the width of the line.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 레이저의 이동 조사시, 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment according to the present invention, when the movement of the laser is investigated, the following relational expression 2 can be satisfied.

(관계식 2)(Relational expression 2)

0.2R0≤ Dl ≤0.8R0 0.2R 0 ? D l ? 0.8R 0

관계식 2에서, D1은 제1방향 또는 제2방향으로의 레이저 스팟의 중심 또는 라인의 중심의 이동거리이며, R0는 레이저 스팟의 폭 또는 레이저 라인의 폭이다.In equation 2, D1 is the center of the laser or the travel distance of the center of the line of spots of the first direction or the second direction, R 0 is the width of the laser line width or of the laser spot.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 레이저는 중심파장이 150 내지 400nm일 수 있다.In one embodiment according to the present invention, the laser may have a center wavelength of 150 to 400 nm.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 레이저는 ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저, XeF 레이저 및 KrCl 레이저에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.In one embodiment according to the present invention, the laser may be selected from one or more of ArF laser, KrF laser, XeCl laser, XeF laser and KrCl laser.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 반도체층은 열처리에 의해, 탈 수소화된 것일 수 있다.In one embodiment according to the present invention, the semiconductor layer may be dehydrogenated by heat treatment.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 버퍼층의 열 전도도는 0.01 내지 300(Wm-1K-1)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thermal conductivity of the buffer layer may be between 0.01 and 300 (W m -1 K -1 ).

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 반도체층의 두께는 10nm 내지 1μm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the semiconductor layer may be between 10 nm and 1 mu m.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 버퍼층의 두께는 0.5 내지 5μm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the thickness of the buffer layer may be 0.5 to 5 mu m.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 버퍼층은 산화물 또는 질화물일 수 있다.In one embodiment according to the present invention, the buffer layer may be an oxide or nitride.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 반도체층의 반도체 물질은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체; 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체; 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체; 및 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체;에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the semiconductor material of the semiconductor layer is a quaternary semiconductor including silicon (Si), germanium (Ge), or silicon germanium (SiGe); Group 3-5 semiconductors including gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or gallium phosphide (GaP); Group 2-6 semiconductors including cadmium sulfide (CdS) or zinc telluride (ZnTe); And lead sulfide (PbS); and the like.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, a) 단계는 a1) 서로 이격 배열된 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이 일 단과 결합하는 제1전극, 제1전극 하부에 위치하는 제1희생층이 형성된 제1투명기판, 상기 열전물질 기둥 어레이의 타 단과 결합하는 제2전극, 제2전극 상부에 위치하는 제2희생층이 형성된 제2투명기판을 포함하는 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계; 및 a2) 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간에 충진물질을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In an embodiment according to the present invention, step a) comprises: a1) a thermoelectric column array comprising at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material spaced apart from each other, A first transparent substrate having an electrode and a first sacrificial layer disposed under the first electrode, a second electrode coupled to the other end of the thermoelectric material column array, and a second transparent Fabricating a substrate on which an array of thermoelectric pillars including a substrate is formed; And a2) forming a filling material in the empty space of the thermoelectric material column array.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, b) 단계 후, 유연 열전 소자에 잔류하는 버퍼층의 버퍼 물질 및 반도체층으로부터 야기되는 반도체 물질을 에칭 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Etching the buffer material of the buffer layer remaining in the flexible thermoelectric element and the semiconductor material caused from the semiconductor layer after step b) in one embodiment of the present invention.

본 발명은 서로 이격 배열된, 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이의 열전물질을 전기적으로 연결하는 전극, 및 적어도 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질을 포함하는 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 제조용 구조체를 포함한다.The present invention relates to an array of thermoelectric pillars, comprising at least one thermoelectric material column array comprising at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material arranged at a distance from each other, an electrode electrically connecting the thermoelectric material of the thermoelectric material column array, A flexible thermoelectric element including a filling material filling an empty space; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, And a sacrificial layer having a layer contacting the transparent substrate.

본 발명에 따른 제조방법은 기판 박리 공정 중 발생하는 물리적 충격에 의해 열전 소자가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 나아가, 극히 짧은 시간 내에 대면적 처리가 가능하여, 고품질의 유연 열전 소자를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.The manufacturing method according to the present invention can effectively prevent the thermoelectric elements from being damaged by the physical impact generated during the substrate peeling process, and further, it is possible to perform the large area treatment in a very short time, and mass production of high quality flexible thermoelectric elements There are advantages to be able to.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서 레이저 조사 과정을 상세 도시한 공정도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 열전 소자 구조체의 단면을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유연 열전 소자의 발전 효율을 측정 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유연 열전 소자의 벤딩 곡률 반경 별 전기적 특성 변화를 측정한, 벤딩 테스트 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유연 열전 소자의 반복되는 벤딩에 대한 전기적 특성 변화를 측정한, 벤딩 테스트 결과를 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a process chart showing a laser irradiation process in detail in a manufacturing method according to an embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view of a flexible thermoelectric element structure according to an embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a view illustrating measurement of power generation efficiency of a flexible thermoelectric device manufactured according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a graph showing a result of a bending test in which a change in electrical characteristics of a flexible thermoelectric device manufactured according to an embodiment of the present invention is measured for each bending radius of curvature.
FIG. 5 is a view showing a result of a bending test, which is performed to measure changes in electrical characteristics with respect to repeated bending of a flexible thermoelectric device manufactured according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. The manufacturing method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms, and the following drawings may be exaggerated in order to clarify the spirit of the present invention. Hereinafter, the technical and scientific terms used herein will be understood by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily blurred are omitted.

본 출원인이 제안하는 유연 열전 소자는, 열전물질 기둥 어레이와 전극 외부에서, 열전물질 기둥 어레이와 전극을 물리적으로 지지하는 지지체가 구비되지 않고, 열전물질 기둥 어레이가 전극과 결착되고, 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간이 충진물질로 충진됨으로써, 물리적 안정성을 확보하면서도 유연성을 극대화시킨 구조이다.The present applicant proposes a flexible thermoelectric element in which a support for physically supporting a thermoelectric substance column array and an electrode outside the thermoelectric substance column array and the electrode is not provided and the thermoelectric substance column array is bonded to the electrode, Is filled with a filling material, thereby maximizing flexibility while securing physical stability.

그러나, 유연 열전 소자를 제조하는 과정에서는 피할 수 없이 물리적 지지를 위한 지지체(리지드 기판)이 사용될 수 밖에 없으며, 또한, 사용되는 지지체는 유연 열전 소자의 제조 과정에서 필히 제거되어야 한다.However, in the process of manufacturing a flexible thermoelectric element, a support (rigid substrate) for physical support must inevitably be used, and the support to be used must be removed in the manufacturing process of the flexible thermoelectric element.

바람직한 예로 유연 열전 소자는 열전물질 기둥 어레이, 열전물질 기둥 어레이의 열전물질을 전기적으로 연결하는 전극, 및 적어도 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질로 이루어질 수 있으며, 열전물질 기둥 어레이의 크기를 조절함으로써 극히 얇은 박형의 유연 열전 소자 또는 수천~수만개의 열전물질 기둥이 집적화된 유연 열전 소자가가 구현될 수 있다. 이러한 유연 열전 소자의 구조에 기인하여, 제조 과정에서 사용되는 지지체의 제거시 물리적 충격에 의한 열전 소자 손상, 구체적으로는 전극, 전극과 열전물질의 접합계면, 또는 열전물질 자체의 손상이 야기될 위험이 있다. As a preferred example, the flexible thermoelectric element may comprise a thermoelectric material column array, an electrode electrically connecting the thermoelectric material of the thermoelectric material column array, and a filling material filling at least the void space of the thermoelectric material column array. By adjusting the size, a very thin thin flexible thermoelectric element or a flexible thermoelectric element integrating several thousands to tens of thousands of thermoelectric columns can be realized. Due to the structure of such a flexible thermoelectric element, damage to the thermoelectric element due to physical impact during the removal of the support used in the manufacturing process, that is, damage to the junction interface between the electrode, the electrode and the thermoelectric material, .

상술한 바와 같이, 본 출원인은 제안한 유연 열전 소자의 제조에 있어, 지지체(리지드 기판)의 제거시 발생하는 물리적 충격을 최소화하는 것이 유연 열전 소자의 품질 및 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 주목하고, 다양한 박리 방법을 연구한 결과, 지지체 박리 시, 유연 열전 소자가 물리적 손상으로부터 자유로운 박리 방법을 발견하여 본 출원을 완성하기에 이르렀다.As described above, in the manufacturing of the flexible thermoelectric element, the applicant has noted that minimizing the physical impact occurring upon removal of the support (rigid substrate) can greatly affect the quality and productivity of the flexible thermoelectric element As a result of studying various peeling methods, the present inventors have found a peeling method free from physical damage of a flexible thermoelectric element upon peeling the support, and have completed the present application.

본 발명에 따른 유연 열전 소자의 제조방법은, 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 구조체에, 상기 반도체층의 반도체 물질이 결정화 또는 재결정화되도록 레이저를 조사하여 상기 투명 기판을 분리하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to the present invention includes: preparing a flexible thermoelectric device; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, And separating the transparent substrate by irradiating a laser to crystallize or recrystallize the semiconductor material of the semiconductor layer in a flexible thermoelectric device structure including a sacrificial layer having a layer contacting the transparent substrate.

상세하게, 본 발명에 따른 유연 열전 소자의 제조방법은, 서로 이격 배열된, 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이의 열전물질을 전기적으로 연결하는 전극, 및 적어도 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질을 포함하는 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 제조용 구조체에 상기 반도체층의 반도체 물질이 결정화 및/또는 재결정화되도록 레이저를 조사하여 상기 투명 기판을 분리하는 단계를 포함한다.In detail, a method of manufacturing a flexible thermoelectric device according to the present invention includes: a thermoelectric material column array including at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material arranged apart from each other; A flexible thermoelectric element including an electrode to be connected and a filling material filling at least an empty space of the thermoelectric material column array; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, And separating the transparent substrate by irradiating a laser so that a semiconductor material of the semiconductor layer is crystallized and / or recrystallized in a structure for fabricating a flexible thermoelectric element including a sacrificial layer in contact with the transparent substrate.

상세하게, 버퍼층은 레이저 조사시 반도체층에서 발생하는 열이 유연 열전소자로 전달되는 것이 방지할 수 있고, 또한, 조사되는 광(레이저)을 반사시켜 유연 열전소자를 보호함과 동시에, 반도체층에서 발생하는 물리적 충격을 흡수하여 유연 열전소자를 물리적으로 보호하는 역할을 수행할 수 있다. More specifically, the buffer layer can prevent the heat generated in the semiconductor layer from being transferred to the flexible thermoelectric element during laser irradiation, and also protect the flexible thermoelectric element by reflecting the irradiated light (laser) And can physically protect the flexible thermoelectric device by absorbing the generated physical impact.

상세하게, 반도체층은 비정질 반도체층, 다결정의 결정질 반도체층 또는 비정질과 결정질이 혼재하는 혼합상의 반도체층일 수 있다. 반도체층은 레이저 조사에 의해 비정질 반도체 물질이 결정질화되거나, 및/또는 결정질의 반도체 물질이 재 결정화되며, 미세 크랙들이 생성될 수 있으며, 이러한 미세 크랙들이 서로 결합 연장되어, 투명 기판을 유연 열전 소자로부터 탈착(분리)시키는 분리층의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 반도체층에 조사되는 레이저의 파워는 반도체층의 반도체 물질이 레이저 조사에 의해 결정화나 재결정화될 수 있는 최소 파워 이상일 수 있다. 또한, 보다 낮은 에너지로 보다 대량의 미세 크랙이 생성되는 측면에서 반도체층은 비정질 또는 결정질과 비정질의 혼합상인 것이 좋다. Specifically, the semiconductor layer may be an amorphous semiconductor layer, a polycrystalline crystalline semiconductor layer, or a mixed semiconductor layer in which amorphous and crystalline are mixed. In the semiconductor layer, the amorphous semiconductor material is crystallized and / or the crystalline semiconductor material is recrystallized by laser irradiation, micro cracks can be generated, and these fine cracks are coupled to each other, (Separating) the light emitting layer from the light emitting layer. Accordingly, the power of the laser beam irradiated on the semiconductor layer can be higher than the minimum power that the semiconductor material of the semiconductor layer can be crystallized or recrystallized by laser irradiation. In addition, the semiconductor layer is preferably amorphous or a mixed phase of crystalline and amorphous in that a larger amount of microcracks are generated with lower energy.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은, 레이저 조사에 의해, 반도체층의 반도체 물질을 비정질에서 결정질로 상변태(phase transitino)시킴으로써, 상변태에 의해 야기되는 미세 크랙들 및/또는 레이저 에너지에 의해 다결정상의 반도체가 다시 재결정화됨으로써 야기되는 미세 크랙들에 의해 투명 기판을 유연 열전 소자로부터 분리시킬 수 있다. 이때, 반도체 물질이 비정질에서 결정질로 상변태된다 함은, 반도체층을 이루는 모든 반도체 물질이 결정질로 상변태되는 것으로 국한되어 해석되어서는 아니되며, 반도체층을 이루는 반도체 물질의 일부가 결정질로 상변태되는 것 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 반도체 물질이 재결정된다 함은, 반도체층을 이루는 반도체 물질이 모두 재결정되는 것으로 국한되어 해석되어서는 아니되며, 반도체층을 이루는 결정질의 일부가 재 결정화되는 것 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. That is, the manufacturing method according to an embodiment of the present invention is a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, in which the semiconductor material of the semiconductor layer is phase-transitin from amorphous to crystalline by laser irradiation, so that the microcracks and / The transparent substrate can be separated from the flexible thermoelectric element by fine cracks caused by the recrystallization of the polycrystalline semiconductor again. At this time, the fact that the semiconductor material is phase-changed from amorphous to crystalline is not interpreted to be limited to the fact that all semiconductor materials constituting the semiconductor layer are phase-changed into crystalline, and a part of the semiconductor material constituting the semiconductor layer is phase- Should be construed as including. In addition, the fact that the semiconductor material is recrystallized should not be construed to be limited to the fact that all of the semiconductor material constituting the semiconductor layer is recrystallized, and that a part of the crystalline material constituting the semiconductor layer is recrystallized.

조사되는 레이저의 파워는, 반도체층의 물질에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 반도체층에서 발생하는 미세 크랙에 의해 투명 기판의 분리가 가능하며, 레이저에 의한 유연 열전 소자의 손상을 방지하는 측면에서 하기 관계식 1을 만족하는 것이 좋다. The power of the laser to be irradiated can be appropriately adjusted according to the material of the semiconductor layer, but it is possible to separate the transparent substrate by microcracks generated in the semiconductor layer and to prevent damage of the flexible thermoelectric element by laser It is preferable to satisfy the relational expression (1).

(관계식 1)(Relational expression 1)

100 mJ/cm2 ≤ Pl≤ 5J/cm2 100 mJ / cm 2 ≤ P l ≤ 5J / cm 2

관계식 1에서, Pl은 반도체층에 조사되는 레이저 파워이다.In the relational expression 1, P l is the laser power irradiated on the semiconductor layer.

반도체층이 실리콘, 게르마늄 또는 실리콘-게르마늄을 포함하는 4족 반도체인 경우, 미세 크랙을 야기하는 결정화나 재결정화를 발생하게 하며, 물리적 충격을 최소화하기 위해, 조사되는 레이저의 파워는 관계식 1-1)을 만족하는 것이 좋다.In the case where the semiconductor layer is a quaternary semiconductor including silicon, germanium or silicon-germanium, crystallization or recrystallization which causes microcracks occurs, and in order to minimize physical impact, ).

(관계식 1-1)(Relational expression 1-1)

400 mJ/cm2 ≤ Pl≤ 3J/cm2 400 mJ / cm 2 ? P l ? 3J / cm 2

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서, 레이저를 조사하되, 조사된 레이저의 누적된 레이저 파워가 상기 관계식 1을 만족하도록, 레이저를 2회 이상 조사하는 것이 보다 좋다. In the manufacturing method according to the embodiment of the present invention, it is preferable that the laser is irradiated two or more times so that the accumulated laser power of the irradiated laser satisfies the above-mentioned relational expression (1).

이는, 단일한(1회) 레이저 조사에 의해, 반도체층이 파괴될 정도로, 대량의 미세 크랙들이 생성 및 결합되는 경우, 버퍼층에 의해 물리적 충격이 완화된다 하더라도, 순간적으로 발생하는 큰 충격에 의해 유연 열전 소자가 손상될 위험이 존재할 수 있기 때문이다.This is because even if the physical impact is mitigated by the buffer layer when a large amount of fine cracks are generated and combined such that the semiconductor layer is broken by a single (once) laser irradiation, There is a risk that the thermoelectric element may be damaged.

이에 따라, 레이저를 다수회 조사(이하, 레이저 다중 조사라 칭함)하여, 반도체층의 단위 면적당 총 조사되는 레이저 에너지(누적 레이저 파워)가 관계식 1을 만족하도록 함으로써, 유연 열전 소자에 미치는 충격을 현저하게 억제할 수 있다. 즉, 작은 양의 미세 크랙이 일정 시간차를 두고 여러번 발생 및 결합하도록 하여 반도체층을 파괴시켜, 유연 열전 소자에 미치는 충격을 현저하게 억제할 수 있다. 구체적으로, 레이저는 2회 내지 10회, 구체적으로는 2회 내지 5회 조사될 수 있다. 이때, 레이저가 2회 내지 10회 조사된다 함은, 반도체층의 일 영역에 레이저가 조사된 후, 해당 영역에 다음 레이저가 조사될 때까지, 레이저가 조사되지 않는 일정한 휴지기가 존재함을 의미한다. 이때, 레이저가 펄스형인 경우, 휴지기가 펄스간 간격보다 긴, 의도적인 휴지기임은 물론이다. 또한, 이와 독립적으로, 레이저가 2회 내지 10회 조사된다 함은, 레이저의 이동 조사시 이동시마다 일 영역에 조사되는 레이저 파워가 P0인 경우, 레이저의 조사가 모두 완료된 후, 일 영역에 2P0~10P0의 파워가 조사된 것을 의미함은 물론이다.Thus, by causing the laser to be irradiated multiple times (hereinafter referred to as laser multiple irradiation) and allowing the laser energy (cumulative laser power) to be irradiated per unit area of the semiconductor layer to satisfy the relational expression 1, . That is, a small amount of fine cracks are generated and bonded many times with a predetermined time difference, so that the semiconductor layer is broken, and the impact on the flexible thermoelectric element can be remarkably suppressed. Specifically, the laser may be irradiated two to ten times, specifically two to five times. At this time, when the laser is irradiated twice to ten times, it means that there is a certain rest period in which the laser is not irradiated until the next laser is irradiated to the one region of the semiconductor layer after the laser is irradiated . At this time, when the laser is of the pulse type, it is needless to say that the rest period is an intentional rest period longer than the inter-pulse interval. In addition, this independently, is irradiated with the laser is twice to 10 times also is, when laser power is irradiated to the area one each time when moving the laser movement Irradiation P 0 is, after the laser irradiation all been completed, to an area 2P It is needless to say that the powers of 0 to 10P 0 are irradiated.

상술한 바와 같이, 누적 레이저 파워가 관계식 1을 만족하도록 레이저를 2회 내지 10회, 구체적으로는 2회 내지 5회 조사함으로써, 실질적으로, 유연 열전 소자가 물리적 충격으로부터 자유로울 수 있다.As described above, the flexible thermoelectric element can be substantially free from physical shocks by irradiating the laser 2 to 10 times, specifically 2 to 5 times, so that the cumulative laser power satisfies the relational expression (1).

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 조사되는 레이저의 파장(중심파장)은 광 에너지에 의해 반도체층의 반도체 물질을 순간적으로 가열하는데 유리한 파장이면 족하다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 레이저는 그 파장(중심파장)은 150 내지 400nm일 수 있다. 보다 구체적인 일 예로, 레이저는 ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저, XeF 레이저 및 KrCl 레이저에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 레이저는 펄스형 레이저일 수 있으며, 펄스의 폭, 펄스간 간격, 펄스의 강도등은 상술한 관계식 1, 좋게는 관계식 1-1을 만족하는 범위에서 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.In one embodiment according to the present invention, the wavelength (central wavelength) of the laser to be irradiated is sufficient to instantaneously heat the semiconductor material of the semiconductor layer by light energy. As a specific, non-limiting example, a laser may have a wavelength (center wavelength) of 150 to 400 nm. As a more specific example, the laser may be selected from one or more of ArF laser, KrF laser, XeCl laser, XeF laser and KrCl laser, but is not limited thereto. At this time, the laser may be a pulsed laser, and the width of the pulse, the interval between pulses, the intensity of the pulse, and the like may be appropriately adjusted within the range satisfying the relational expression 1 described above and preferably the relational expression 1-1.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 조사되는 레이저는, 스팟(spot)형상 또는 라인(line) 형상일 수 있다. 때, 라인 형상은 단일한 레이저 발생장치에서 일정 폭을 갖는 라인 형상의 광이 발생하는 것을 의미할 수 있으며, 이와 독립적으로, 다수개의 레이저 발생 장치가 동일 방향으로 소정 간격으로 서로 이격 배치됨으로써 전체적으로 일정 폭을 갖는 라인 형상의 광이 발생하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 스팟 형상은 원, 타원, 삼각, 사각(정사각 내지 직사각), 오각, 육각, 팔각등 다양한 형상을 포함함은 물론이다. In one embodiment according to the present invention, the irradiated laser may be in the form of a spot or a line. The line shape may mean that a single laser generating device generates light in a line shape having a constant width. Independently, a plurality of laser generating devices are spaced apart from each other at a predetermined interval in the same direction, It may mean that light in a line shape having a width is generated. It should be noted that the shape of the spot may include various shapes such as a circle, an ellipse, a triangle, a square (square to rectangular), a pentagon, a hexagon, and an octagon.

스팟 또는 라인 형상의 레이저는, 반도체층을 스캔하는 방식으로 이동 조사될 수 있다. 상세하게, 레이저의 이동 조사는 고정된 유연 열전소자 구조체에 레이저 발생 장치가 이동 조사되며 반도체층에 레이저가 조사되는 경우, 또는 이와 달리, 고정된 레이저 발생 장치에 유연 열전소자 구조체가 이동하며 반도체층에 레이저가 조사되는 경우를 포함할 수 있다. 레이저 발생장치 또는 유연 열전소자 구조체는 반도체층의 적어도 일부 영역 내지 전 영역에 레이저가 조사되도록 이동될 수 있다.The spot or line shaped laser can be moved and scanned in a manner that the semiconductor layer is scanned. Specifically, when the laser beam is irradiated on the fixed flexible ferroelectric element structure and the laser beam is irradiated to the semiconductor layer, or alternatively, the flexible thermoelectric device structure moves to the fixed laser generator, May be irradiated with a laser beam. The laser generating device or the flexible thermoelectric element structure can be moved so that the laser is irradiated to at least a part of the semiconductor layer or the entire region thereof.

상세하게, 반도체층의 전 영역에 레이저를 조사하여, 투명 기판을 박리시킬 수 있으며, 이와 달리 반도체층의 일부 영역에 레이저를 조사하여 투명 기판을 분리시킬 수 있다. 반도체층의 일부 영역에 레이저를 조사하는 경우, 레이저가 조사된 영역들에서 발생한 미세 크랙들이 서로 결합 가능한 정도로 조사되면 족하다. 일 예로, 반도체층의 일부 영역에 레이저가 조사되는 경우, 레이저 조사 영역은 반도체층의 면적 대비 70% 이상일 수 있다. 반도체층의 일부 영역에 레이저를 조사하여 투명 기판을 박리시키는 경우, 공정 시간 및 비용의 절감이 가능하여 보다 상업적이다. 반도체층의 일부 영역에 레이저를 조사하는 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 레이저가 조사되는 영역인 조사 영역은 서로 평행하게 이격 배열되어 반도체층을 가로지르는 다수의 선 형태를 이루거나, 격자 형태를 이룰 수 있다. 그러나, 본 발명이 조사 영역의 구체적인 형상에 의해 한정될 수 없음은 물론이며, 상술한 바와 같이, 레이저가 조사된 영역들에서 발생한 미세 크랙들이 서로 결합(및/또는 전파)하여 레이저 미조사 영역에서도 균열이 존재할 수 있는 형상이면 무방하다.In detail, the entire region of the semiconductor layer can be irradiated with a laser to peel off the transparent substrate. Alternatively, the transparent substrate can be separated by irradiating a laser to a part of the semiconductor layer. When a laser is irradiated on a part of the semiconductor layer, fine cracks generated in the laser-irradiated areas may be irradiated to such an extent that they can bond with each other. For example, when a laser is irradiated on a part of the semiconductor layer, the laser irradiation area may be 70% or more of the area of the semiconductor layer. In the case where a transparent substrate is peeled by irradiating a laser beam onto a part of the semiconductor layer, it is possible to reduce the processing time and cost, which is more commercial. As a specific and non-limiting example of irradiating a laser to a partial region of the semiconductor layer, the irradiation region, which is a region irradiated with a laser, may be arranged in parallel to and spaced from each other to form a plurality of lines crossing the semiconductor layer, . Needless to say, the present invention can not be limited by the specific shape of the irradiation region. As described above, the fine cracks generated in the laser-irradiated regions are combined (and / or propagated) It may be a shape that can have cracks.

본 발명의 일 실시예에 있어, 반도체층과 투명 기판 간의 계면을 기준 평면으로 하여, 기준 평면 내(in-plane) 서로 직교하는 제1 방향과 제2방향을 기준으로, 스팟(spot) 또는 라인(line)형상의 레이저가 기준 평면에 조사되도록 제1방향과 제2방향으로 이동 조사되되, 제1방향 또는 제2방향으로 이동시 스팟의 중심 또는 라인의 중심선의 이동 거리가 스팟의 폭 또는 라인의 폭보다 좁을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the interface between the semiconductor layer and the transparent substrate is defined as a reference plane, and a spot or a line is formed on the basis of a first direction and a second direction orthogonal to each other in- the movement distance of the center of the spot or the center line of the line when moving in the first direction or the second direction is smaller than the width of the spot or the width of the line May be narrower than the width.

구체적으로, 레이저의 이동 조사시, 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.Concretely, at the time of laser beam irradiation, the following relation 2 can be satisfied.

(관계식 2)(Relational expression 2)

0.2R0≤ Dl ≤0.8R0 0.2R 0 ? D l ? 0.8R 0

관계식 2에서, D1은 제1방향 또는 제2방향으로의 레이저 스팟의 중심 또는 레이저 라인의 중심(중심선)의 이동거리이며, R0는 레이저 스팟의 폭 또는 레이저 라인의 폭이다. 이때, 상술한 바와 같이, 레이저 스팟이 다양한 형상을 가질 수 있음에 따라, 레이저 스팟의 폭은 레이저 스팟의 중심을 가로지르는 최단 거리 로해석될 수 있다. In equation 2, D1 is the first direction or a movement distance of the center (center line) of the center of the laser spot or a laser line in the second direction, R 0 is the width of the laser line width or of the laser spot. At this time, as described above, since the laser spot can have various shapes, the width of the laser spot can be interpreted as the shortest distance across the center of the laser spot.

보다 균일한 레이저 다중 조사 측면에서, 제1방향 또는 제2방향으로 이동시 스팟의 중심 또는 라인의 중심선의 이동 거리가 스팟의 폭 또는 라인의 폭의 반에 해당할 수 있다.In a more uniform laser multiple irradiation aspect, the moving distance of the center of the spot or the centerline of the line when moving in the first direction or the second direction may correspond to half the width of the spot or the width of the line.

도 1은 단면이 정사각의 스팟형 레이저(200)를 기준으로, 관계식 2에서, D1이 0.5Ro인 경우, 스캔이 진행됨에 따라 기준 평면(100)에 조사되는 레이저의 에너지를 색깔로 도시한 일 공정도이며, 누적 레이저 파워가 클수록 검은색에 가깝도록 도시한 것이다.Fig. 1 is a graph showing the energy of a laser irradiated on the reference plane 100 as the scan progresses, when the spot-type laser 200 having a square cross section is used as a reference, and D1 is 0.5Ro in the relational expression And is shown so as to be closer to black as the cumulative laser power is increased.

도 1에서, 기준 평면(100) 내(in-plane) 서로 직교하는 제1 방향과 제2방향은 x 및 y로 도시되었으며, x축 방향으로 레이저가 이동 조사될 때, 일 이동마다 기준 평면의 레이저 조사 상태를 x1, x2, x3 및 x4로 표기하였으며, y축 방향으로 레이저가 일 이동거리를 이동하여 조사되고 다시 x축으로 이동 조사할 때 마다 기준 평면의 레이저 조사 상태를 y1, y2, y3 및 y4로 표기하였다. 1, the first direction and the second direction orthogonal to each other in the reference plane 100 (in-plane) are shown as x and y, and when the laser is moved in the x-axis direction, The laser irradiation state is denoted by x1, x2, x3 and x4. The laser irradiation state of the reference plane is denoted by y1, y2, and y3 every time the laser travels along the y- And y4.

레이저가 x축 및 y축을 따라, 반도체층을 스캔하도록 순차적으로 이동 조사될 때, 일정 강도의 레이저가 일정 시간동안, 기준 평면의 일 영역에 조사된 후, 기 규정된 이동간격(도 1의 경우 0.5R0)으로 이동하게 된다. 이때, 일 회의 이동마다 기준 평면 영역에 조사되는 레이저 파워를 P0이라 하면, 최초 조사된 영역(A1)의 레이저 파워는 Po이나, 레이저가 스팟의 폭의 절반에 해당하는 이동간격으로 x축으로 이동 조사됨에 따라, 이동 전과 이동 후 서로 겹치는 영역에는 2회의 레이저가 조사되게 된다. 이는, 도 1의 x2, x3 및 x4에서 2회의 레이저가 조사된 영역인 A2에 해당하며, A2는 2P0의 레이저 파워(누적 레이저 파워)가 조사된 것이다. 기준 평면을 가로지르도록 x 축 스캔이 완료된 후에는 y축으로 다시 기 규정된 이동거리(도 1의 경우 0.5R0)로 이동하여 다시 기준 평면을 가로지르도록 x축 스캔이 이루어지게 된다. y 축으로도 스팟의 폭의 절반에 해당하는 이동간격으로 레이저가 이동 조사됨에 따라, A3 영역은 3회의 레이저가 조사되게 되며, A3에는 3P0의 레이저 파워(누적 레이저 파워)가 조사된 것이다. y축으로 이동(y1) 후 다시 y2, y3, y4와 같이 스팟의 폭의 절반에 해당하는 이동간격으로 x 축 스캔이 이루어지며, A4 영역은 4회의 레이저가 조사되게 되며, A4에는 4P0의 레이저 파워(누적 레이저 파워)가 조사된 것이다. y축으로 기 규정된 이동 간격으로 이동한 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 다시 x축으로 기 규정된 이동 간격으로 기준 평면을 가로지르도록 다수회 이동한 후, 다시 x 축으로 기 규정된 이동 간격으로 이동 조사하는 것을 반복함으로써, 기준 평면의 전 영역에 레이저가 조사될 수 있음은 물론이며, 이에 따라, 기준 평면의 최 외각 영역을 제외하고, 모든 영역에 4회의 레이저가 조사될 수 있다. 이때, 필요시 최 외각 영역 또한 4회의 레이저가 조사되도록 레이저를 재 조사할 수 있음은 물론이다.When the laser is irradiated sequentially along the x- and y-axes to scan the semiconductor layer, the laser of constant intensity is irradiated to one area of the reference plane for a certain period of time, 0.5R 0 ). At this time, if the laser power irradiated on the reference plane region per one movement is P 0 , the laser power of the first irradiated region (A1) is Po, or the laser power of the laser irradiated on the x- As the movement is irradiated, two laser beams are irradiated to the regions overlapping each other before movement and after movement. This, and also in the x2, x3 and x4 of the laser 1 is two times of that in the irradiated area A2, A2 will have a 2P 0 irradiation of the laser power (laser power is accumulated). After the x-axis scan is completed so as to traverse the reference plane, the x-axis scan is performed so as to move again to the y-axis movement distance (0.5R 0 in FIG. 1) and cross the reference plane again. as the y-axis in FIG laser moves irradiated with moving distance corresponding to half of the spot width, A3 region is irradiated the three lasers, A3 there will surveyed 3P 0 of the laser power (cumulative laser power). movement in the y axis (y1) and then becomes the x-axis scanning achieved by moving a distance corresponding to half of the spot width, such as re-y2, y3, y4, A4 region is irradiated the four laser, A4 has the 4P 0 The laser power (cumulative laser power) is irradiated. and then moved along the y-axis at a predetermined movement interval. Then, as shown in Fig. 1, the x-axis is moved a number of times so as to cross the reference plane again at the predetermined movement interval, It is of course possible that the entire region of the reference plane can be irradiated with the laser beam by repeating the movement inspection at the movement interval, so that all the regions except for the outermost region of the reference plane can be irradiated four times . At this time, it is needless to say that the laser can be re-irradiated so that the laser is irradiated four times in the outermost region as necessary.

도 1의 일 예와 같이, 이동 조사되는 레이저의 이동 간격이 레이저 스팟 또는 레이저 라인의 폭보다 좁도록 하여 반도체층을 레이저로 스캔하는 경우, 레이저 스팟 또는 레이저 라인보다도 작은 국부 영역에 점진적으로 미세 크랙들이 생성 및 증가하게 함으로써, 급격한 물리적 충격 발생은 억제하면서도, 안정적이고 재현성 있게 투명 기판을 유연 열전 소자로부터 분리시킬 수 있다.1, when the semiconductor layer is scanned with a laser so that the moving distance of the laser beam to be moved is narrower than the width of the laser spot or the laser line, the local area is smaller than the laser spot or the laser line, The transparent substrate can be separated from the flexible thermoelectric element stably and reproducibly while suppressing the occurrence of abrupt physical shocks.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 반도체층은 탈 수소화된 것일 수 있다. 상세하게, 반도체층은 열처리에 의해 수소를 제거하는 탈 수소화 과정을 거쳐, 실질적으로 수소를 함유하지 않는 탈 수소화된 것일 수 있다. 알려진 바와 같이, 비정질 또는 결정질의 반도체 층에 수소가 함유되어 있는 경우, 500 ℃ 이상의 열처리를 통해, 반도체 층에 함유된 수소를 제거할 수 있다. 이러한 탈 수소화 처리는, 투명 기판에 희생층을 형성하는 단계에서, 탈 수소화를 위한 독립적 열처리 단계로 구현될 수 있으며, 이와 달리, 후술하는 바와 같이, 유연 열전소자 구조체를 제공하는 단계에서 유연 열전소자 구조체의 제조 과정 중에 구현될 수 있다. 탈 수소화를 위한 독립적 열처리가 수행되는 경우, 열처리는 500℃ 내지 700℃에서 10분 내지 30분 동안 수행될 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the semiconductor layer may be dehydrogenated. Specifically, the semiconductor layer may be a dehydrogenated one substantially containing no hydrogen by a dehydrogenation process for removing hydrogen by heat treatment. As is known, when hydrogen is contained in an amorphous or crystalline semiconductor layer, hydrogen contained in the semiconductor layer can be removed through heat treatment at 500 DEG C or higher. This dehydrogenation treatment can be realized as an independent heat treatment step for dehydrogenation in the step of forming the sacrificial layer on the transparent substrate. Alternatively, as described later, in the step of providing the flexible thermoelectric element structure, Can be implemented during the manufacturing process of the structure. When an independent heat treatment for dehydrogenation is performed, the heat treatment can be performed at 500 ° C to 700 ° C for 10 minutes to 30 minutes.

반도체층이 수소를 함유하는 경우, 레이저 조사에 의해 수소의 기화 및 아웃 개싱(outgassing)이 발생할 위험이 있다. 수소의 기화 및 아웃 개싱은 순간적이고 큰 물리적 충격을 야기함에 따라, 실질적으로, 열전 소자의 구성 요소들을 지지하는 지지체가 구비되지 않는 제안한 유연 열전 소자에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 즉, 서로 이격 배열된, 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이의 열전물질을 전기적으로 연결하는 전극, 및 적어도 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질을 포함하는, 구체적으로는, 열전물질 기둥 어레이, 전극, 및 충진물질로 이루어진 유연 열전 소자는, 수소의 기화 및 아웃 개싱에 의해 발생하는 물리적 충격에 의해, 특히 열전물질 기둥 어레이가 심각한 물리적 손상을 입을 수 있다.When the semiconductor layer contains hydrogen, there is a risk that vaporization and outgassing of hydrogen may occur by laser irradiation. Vaporization and outgassing of hydrogen can have a catastrophic effect on the proposed flexible thermoelectric device which does not have a support to support the components of the thermoelectric element, as it causes a momentary and large physical impact. That is, a thermoelectric column array including at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material arranged to be spaced apart from each other, an electrode electrically connecting the thermoelectric material of the thermoelectric material column array, More specifically, a flexible thermoelectric device comprising a thermoelectric material column array, an electrode, and a filling material, including a filling material filling the space, is subjected to physical impact caused by vaporization and outgassing of hydrogen, The array can suffer serious physical damage.

이에 따라, 반도체층은, 열처리에 의해, 조사되는 레이저의 에너지에 의해 가스상을 발생할 수 있는 가스원이 제거된 것일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 가스원의 일 예로, 수소를 들 수 있다. Accordingly, the semiconductor layer may be one in which a gas source capable of generating a gas phase is removed by energy of a laser irradiated by heat treatment. As described above, one example of such a gas source is hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 반도체층의 두께는, 결정화에 따라 발생하는 미세 크랙들이 용이하게 서로 전파 및 결합될 수 있도록, 얇은 두께인 것이 좋다. 반도체층의 두께가 너무 얇은 경우 결정화나 재결정화에 따른 미세 크랙 발생이 저하될 수 있으며, 반도체층의 두께가 너무 두꺼운 경우 발생한 미세 크랙간 서로 연장 결합이 잘 이루어지지 않아 반도체층 자체의 파괴가 잘 이루어지지 않을 위험이 있다. 이러한 측면에서, 반도체층의 두께는 10nm 내지 1μm, 좋게는 20 nm 내지 500 nm, 보다 좋게는 40 nm 내지 70 nm일 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the thickness of the semiconductor layer may be a thin thickness so that microcracks generated by crystallization can be easily propagated and combined with each other. If the thickness of the semiconductor layer is too thin, the occurrence of microcracks due to crystallization or recrystallization may be reduced. If the thickness of the semiconductor layer is too thick, the microcracks are not sufficiently extended to each other, There is a risk that it will not be done. In this respect, the thickness of the semiconductor layer may be between 10 nm and 1 μm, preferably between 20 nm and 500 nm, more preferably between 40 nm and 70 nm.

반도체층의 물질은 특별히 한정되지는 않으나, 반도체층의 물질은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체; 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체; 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체; 및 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체;에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다. The material of the semiconductor layer is not particularly limited, but the material of the semiconductor layer may be a quaternary semiconductor including silicon (Si), germanium (Ge), or silicon germanium (SiGe); Group 3-5 semiconductors including gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or gallium phosphide (GaP); Group 2-6 semiconductors including cadmium sulfide (CdS) or zinc telluride (ZnTe); And lead sulfide (PbS); and one or more of them can be selected.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 버퍼층은 기본적으로 레이저 조사시 반도체층에서 발생하는 열이 열전 소자에 전달되는 것을 방지하는 역할 및 미세 크랙이 열전 소자로 전파되는 것을 방지하는 역할을 수행함에 따라, 열 전도도가 적어도 0.01Wm-1K-1이상인 단열체인 것이 좋다. 단열체인 버퍼층은 반도체층의 열이 전도되는 것을 방지하는 열확산장벽의 역할은, 열전 소자를 열로부터 보호함과 동시에, 반도체층 열에 흡수된 광 에너지(레이저 에너지)가 반도체층 외부로 전파하는 것을 방지하여, 보다 낮은 레이저 에너지로 효과적인 반도체 물질의 결정화를 야기할 수 있다. 즉, 단열체인 버퍼층은 유연 열전 소자를 열 및 물리적 충격으로부터 보호할 뿐만 아니라, 광 에너지를 흡수하여 순간적으로 발생하는 반도체층의 열 에너지를 반도체층 내부에 가둬두는 역할 또한 수행할 수 있다. 이러한 열확산장벽의 역할을 안정적이며 효과적으로 수행하는 측면에서, 반도체층의 열 전도도는 0.01Wm-1K-1 내지 300 Wm-1K-1, 구체적으로는 100 내지 300 Wm-1K-1일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the buffer layer basically serves to prevent the heat generated in the semiconductor layer from being transferred to the thermoelectric element during laser irradiation and to prevent the micro crack from propagating to the thermoelectric element , And a thermal conductivity of at least 0.01 W m -1 K -1 or higher. The role of the thermal diffusion barrier for preventing the heat of the semiconductor layer from being conducted is to protect the thermoelectric element from heat and to prevent the light energy (laser energy) absorbed in the semiconductor layer heat from propagating outside the semiconductor layer Thereby causing crystallization of the effective semiconductor material with lower laser energy. That is, the buffer layer, which is an adiabatic layer, not only protects the flexible thermoelectric element from thermal and physical impact, but also absorbs the light energy to confine the thermal energy of the semiconductor layer instantaneously in the semiconductor layer. From the side serving as the thermal diffusion barrier such reliable, effectively, the thermal conductivity of the semiconductor layer is 0.01Wm -1 K -1 to 300 Wm -1 K -1, specifically from 100 to 300 Wm -1 K -1 can be have.

나아가, 버퍼층은 반도체층의 굴절률 대비 상대적으로 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 이러한 굴절률 차에 의해, 투명 기판을 통해 반도체층으로 입사되는 레이저가, 반도체층과 버퍼층의 계면에서 반사되어, 반도체층에 효과적으로 흡수될 수 있다. 이러한 굴절률의 차는 설사 조사되는 레이저가 반도체층과 수직의 각도로 조사된다 하더라도, 레이저가 완전한 평행광이 아닌 이상 굴절률 차에 의한 반사 효과를 가질 수 있다. 또한, 의도적으로 레이저의 조사 각도를, 스넬의 법칙에 따라, 반도체층과 버퍼층의 계면에서 전반사가 발생하는 각도로 기울여 조사할 수 있다. 구체적인 일 예로, 버퍼층의 굴절률은, 반도체층의 굴절률 대비 0.3 내지 0.7의 굴절률을 가질 수 있다. Further, the buffer layer may have a refractive index relatively lower than the refractive index of the semiconductor layer. With this difference in refractive index, a laser incident on the semiconductor layer through the transparent substrate can be reflected at the interface between the semiconductor layer and the buffer layer, and can be effectively absorbed into the semiconductor layer. Such a difference in refractive index can be reflected by the difference in refractive index even when the laser is irradiated at an angle perpendicular to the semiconductor layer even if the laser is not completely parallel light. Incidentally, the irradiation angle of the laser can be intentionally tilted at an angle that causes total internal reflection at the interface between the semiconductor layer and the buffer layer, according to Snell's law. As a specific example, the refractive index of the buffer layer may have a refractive index of 0.3 to 0.7 with respect to the refractive index of the semiconductor layer.

버퍼층은 산화물 또는 질화물일 수 있다. 산화물 또는 질화물인 버퍼층은 금속원소의 산화물, 금속원소의 질화물, 비금속원소의 산화물 또는 비금속원소의 질화물일 수 있으며, 또는 반도체 물질의 산화물 또는 반도체 물질의 질화물일 수 있다. 이때, 제조 공정의 용이함 측면에서, 버퍼층은 반도체층의 반도체 물질의 산화물 또는 질화물일 수 있으며, 열확산장벽의 역할, 물리적 충격의 흡수 및 굴절률을 모두 효과적으로 만족하는 측면에서 반도체 물질의 산화물일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 버퍼층은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체의 산화물일 수 있다. The buffer layer may be an oxide or nitride. The buffer layer which is an oxide or a nitride may be an oxide of a metal element, a nitride of a metal element, an oxide of a nonmetal element or a nitride of a nonmetal element, or may be an oxide of a semiconductor material or a nitride of a semiconductor material. In this regard, the buffer layer may be an oxide or a nitride of a semiconductor material of the semiconductor layer, and may be an oxide of a semiconductor material in terms of effectively satisfying both the role of a thermal diffusion barrier, the absorption of physical impact, and the refractive index. As a specific, non-limiting example, the buffer layer may be an oxide of a quaternary semiconductor comprising silicon (Si), germanium (Ge) or silicon germanium (SiGe).

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 버퍼층의 두께는 반도체층에서 발생하는 물리적 충격을 흡수할 수 있으며, 열확산을 방지하는 효과를 나타낼 수 있는 정도의 두께이면 족하다. 그러나, 투명 기판이 분리된 후 유연 열전 소자 표면에 잔류하는 버퍼층의 물질이 제거되어야 함에 따라, 버퍼층이 과도하게 두꺼운 경우, 불필요하게 공정 시간이 길어져 생산성을 저해할 수 있다. 이러한 측면에서, 구체적이며 비 한정적인 일 예에 따른 버퍼층의 두께는 0.5 내지 5μm일 수 있으며, 보다 구체적으로, 0.5 내지 3μm, 보다 더 구체적으로는 0.5 내지 2μm일 수 있다. In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the thickness of the buffer layer may be sufficient to absorb a physical impact generated in the semiconductor layer and to exhibit an effect of preventing thermal diffusion. However, since the material of the buffer layer remaining on the surface of the flexible thermoelectric device after the transparent substrate is separated must be removed, if the buffer layer is excessively thick, the process time may be unnecessarily prolonged and productivity may be deteriorated. In this respect, the thickness of the buffer layer according to a specific, non-limiting example may be 0.5 to 5 탆, more specifically 0.5 to 3 탆, and even more specifically 0.5 to 2 탆.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 유연 열전소자 구조체를 제공하는 단계; 투명 기판을 통해 반도체층으로 레이저를 조사하여, 유연 열전소자 구조체에서 투명 기판을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, 서로 독립적으로, 순차적으로, 또는 동시에 상부에 위치하는 투명 기판측과, 하부에 위치하는 투명 기판측에 레이저가 조사되어, 유연 열전소자 구조체에서 서로 대향하는 두 투명 기판이 모두 분리 제거될 수 있음은 물론이다. A manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes: providing a flexible thermoelectric element structure; And irradiating the semiconductor layer with a laser through the transparent substrate to remove the transparent substrate from the flexible thermoelectric element structure. At this time, the laser is irradiated to the side of the transparent substrate positioned on the upper side and the side of the transparent substrate positioned on the upper side, independently of the other, sequentially or simultaneously, so that the two transparent substrates opposed to each other in the flexible thermoelectric device structure can be separated and removed Of course it is.

유연 열전소자 구조체를 제공하는 단계는, a1) 서로 이격 배열된 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이 일 단과 결합하는 제1전극, 제1전극 하부에 위치하는 제1희생층이 형성된 제1투명기판, 상기 열전물질 기둥 어레이의 타 단과 결합하는 제2전극, 제2전극 상부에 위치하는 제2희생층이 형성된 제2투명기판을 포함하는 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계; 및 a2) 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간에 충진물질을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.Providing a flexible thermoelectric element structure comprises: a1) a thermoelectric column array comprising at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material spaced apart from each other, a first electrode coupled to one end of the thermoelectric material column array, And a second transparent substrate on which a second sacrificial layer is formed, the second sacrificial layer being formed on the second electrode, the first transparent substrate having a first sacrificial layer disposed under the electrode, a second electrode coupled to the other end of the thermoelectric material column array, Fabricating a substrate on which a thermoelectric column array is formed; And a2) forming a filling material in the empty space of the thermoelectric material column array.

상세하게, 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계는, a1-1) 제1희생층이 형성된 제1투명기판 상 형성된 제1 전극 및 제1전극 상 소정 영역에 형성된 P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 포함하는 제1단위체를 제공하고, 제2희생층이 형성된 제2투명기판 상 형성된 제2 전극 및 제2전극 상 소정 영역에 형성되며, 제1단위체의 열전물질과 상보적인 열전물질을 포함하는 제2단위체를 제공하는 단계; 및 a1-2) 제1단위체와 상기 제2단위체를 연결하여 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.In detail, the step of fabricating the substrate on which the thermoelectric material column array is formed comprises the steps of: a1-1) forming a first electrode on the first transparent substrate on which the first sacrificial layer is formed and a first electrode formed on the first electrode, Type thermoelectric material is formed on the first and second substrates, a second electrode formed on the second transparent substrate on which the second sacrificial layer is formed, and a thermoelectric material formed on the second electrode in a predetermined region, Providing a second unit comprising the first unit; And a1-2) fabricating a substrate having the thermoelectric substance column array formed by connecting the first unit body and the second unit body.

이와 독립적으로, 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계는, a1-3) 제1희생층이 형성된 제1투명기판 상 형성된 제1 전극 및 제1전극 상 소정 영역에 서로 이격 배열된 하나 이상의 P형 열전물질 및 N형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이를 형성하는 단계; a1-4) 제1투명판에 대향하도록, 열전물질 기둥 어레이와, 제2희생층이 형성된 제2투명기판 상 형성된 제2 전극을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.Independently, the step of fabricating the substrate on which the array of thermoelectric pillars is formed comprises the steps of: a1-3) forming a first electrode on the first transparent substrate on which the first sacrificial layer is formed and a first electrode formed on the first electrode, Forming a thermoelectric column array comprising a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material; a1-4) combining the thermoelectric substance column array and the second electrode formed on the second transparent substrate on which the second sacrificial layer is formed so as to face the first transparent plate.

이와 독립적으로, a1-5) 제1지지체에 서로 이격 배열된 P형 열전물질 또는 P형 열전물질을 형성하고, 제2지지체에, 제1지지체와 상보적인 열전물질을 서로 이격 배열되도록 형성하는 단계; a1-6) 제1지지체의 열전물질을 제1희생층이 형성된 제1투명기판 상 형성된 제1 전극과 접합 및 전사하여 제1단위체를 제조하고, 제2지지체의 열전물질을 제2희생층이 형성된 제2투명기판 상 형성된 제2 전극과 접합 및 전사하여 제2단위체를 제조하는 단계; 및 a1-7) 제1단위체와 상기 제2단위체를 연결하여 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Independently, a1-5) forming a p-type thermoelectric material or a p-type thermoelectric material spaced apart from each other on the first support, and forming a thermoelectric material complementary to the first support on the second support so as to be spaced apart from each other ; a1-6) thermoelectric material of the first support is bonded and transferred to the first electrode formed on the first transparent substrate on which the first sacrificial layer is formed to manufacture the first unit, and thermoelectric material of the second support is transferred to the second sacrificial layer Bonding and transferring a second electrode formed on a second transparent substrate to form a second unit body; And a1-7) fabricating a substrate having the thermoelectric material array formed by connecting the first unit and the second unit.

제1투명 기판 또는 제2투명 기판인 투명 기판은 서로 독립적으로, 적어도 조사되는 광을 투과하는 투명성을 가지며, 열전 소자를 물리적으로 지지할 수 있으며, 유연 열전소자 구조체의 제조시 발생 가능한 열에 대해 열적 안정성을 갖는 물질이면 사용 가능하다. 일 예로, 제1투명 기판 또는 제2투명 기판은 각각 퀄츠(quartz) 기판일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. The transparent substrate which is the first transparent substrate or the second transparent substrate has transparency that transmits at least the light to be irradiated independently and can physically support the thermoelectric element and is thermally Any material with stability can be used. For example, the first transparent substrate or the second transparent substrate may each be a quartz substrate, but the present invention is not limited thereto.

제1희생층 또는 제2희생층은 단지 유연 열전소자 구조체에서, 서로 대향하는 두 투명 기판(제1투명기판, 제2투명기판)에 형성되는 각 희생층을 구분하여 지칭하는 것일 뿐, 앞서 상술한 희생층과 동일 내지 유사하다. The first sacrificial layer or the second sacrificial layer is merely referred to as a sacrificial layer formed on two transparent substrates (a first transparent substrate and a second transparent substrate) opposed to each other in the flexible thermoelectric element structure, The same or similar to one sacrificial layer.

희생층이 형성된 투명 기판은, 투명 기판에 반도체 소자 분야에서 통상적으로 사용되는 증착을 이용하여 반도체층과 단열체인 버퍼층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 이때, 증착은 스퍼터링을 포함하는 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 전구체 가스를 이용한 화학적 증착(chemical vapor deposition)을 들 수 있으나, 본 발명이 희생층이 형성된 투명 기판의 제조방법에 의해 한정되는 것은 아니다. 다만, 상술한 바와 같이, 희생층은 레이저, 구체적으로는 관계식 1을 만족하는 파워의 레이저에 의해 가스상을 생성하는 가스 발생원이 존재하지 않도록 형성되거나, 희생층이 가스 발생원을 함유하는 경우, 희생층이 형성된 후 열처리를 통해 가스 발생원이 제거된 것이 좋다. 가스 발생원의 제거는 독립적 단계로 수행될 수 있으며, 이와 달리, 유연 열전 소자의 제조 과정 중에서 이루어질 수 있는데, 이러한 과정은 전극 형성시의 열처리나, 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판 제조 과정중의 열처리에 해당할 수 있으며, 이러한 열처리에 의해 희생층 내의 가스 발생원이 제거될 수도 있다. The transparent substrate on which the sacrificial layer is formed can be manufactured by forming a buffer layer which is adiabatic with the semiconductor layer using a vapor deposition commonly used in the field of semiconductor devices in a transparent substrate. The deposition may be physical vapor deposition including sputtering or chemical vapor deposition using a precursor gas. However, the present invention is not limited to the method of manufacturing a transparent substrate on which a sacrificial layer is formed . However, as described above, the sacrifice layer is formed so as not to have a laser source, specifically, a gas source for generating a gas phase by a laser having power satisfying the relationship (1), or when the sacrifice layer contains a gas source, It is preferable that the gas generating source is removed through heat treatment. The removal of the gas source may be performed in an independent step or alternatively during the fabrication of the flexible thermoelectric device. This process may be performed by heat treatment at the time of electrode formation or heat treatment during the manufacturing process of the substrate on which the thermoelectric material column array is formed And the gas generating source in the sacrificial layer may be removed by this heat treatment.

유연 열전 소자 자체의 제조방법 및 유연 열전소자의 구조는, 대한민국 특허 출원 제2015-0149397호에 기재된 내용을 참고할 수 있으며, 본 발명은 대한민국 특허 출원 제2015-0149397호의 모든 내용을 포함한다. The manufacturing method of the flexible thermoelectric device itself and the structure of the flexible thermoelectric device can be found in Korean Patent Application No. 2015-0149397, and the present invention includes all contents of Korean Patent Application No. 2015-0149397.

상세하게, 전극은, 희생층이 형성된 투명 기판의 희생층 상, 계획된 패턴대로 전극(제1전극 또는 제2전극)을 형성할 수 있는 방법이라면 어떤 방법을 사용하여도 무방하며, 일 예로, 스크린 프린팅법(Screen printing), 스퍼터링(Sputtering), 기화증착법(Evaporation), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition), 패턴 전사(Pattern Transfer) 기법 또는 전기도금(Electrodeposition) 등 다양한 방법으로 수행될 수 있다. In detail, the electrode may be formed on the sacrifice layer of the transparent substrate on which the sacrifice layer is formed, and any method may be used as long as it is a method capable of forming electrodes (first electrode or second electrode) in a planned pattern. And may be performed by various methods such as screen printing, sputtering, evaporation, chemical vapor deposition, pattern transfer, or electrodeposition.

바람직하게는 전극용 페이스트를 이용한 스크린 프린팅법을 통해 수행될 수 있으며, 전극용 페이스트를 계획된 패턴대로 희생층(제1희생층 또는 제2희생층) 상부에 도포한 후, 이를 열처리하여 전극(제1전극 또는 제2전극)을 형성할 수 있다.The electrode paste may be coated on the sacrificial layer (the first sacrificial layer or the second sacrificial layer) according to a planned pattern, and then the electrode paste may be thermally treated to form an electrode One electrode or a second electrode) can be formed.

상세하게, 전극은 희생층이 형성된 투명 기판의 희생층 상부로, 전도성 물질과 유리 프릿을 함유하는 전극용 페이스트를 도포하고 열처리하여 제조될 수 있다. 전극용 페이스트는 10 내지 90 중량%의 전도성 물질을 함유할 수 있으며, 유리 프릿을 더 함유하는 경우, 전도성 물질 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부의 유리 프릿을 함유할 수 있다. 전도성 물질은 입자상 또는 입자상과 함께 나노구조체를 포함할 수 있으며, 나노 구조체는 탄소나노튜브, 탄소나노와이어, 은 나노와이어와 같은 전도성을 갖는 비 등방성 물질일 수 있다. Specifically, the electrode can be manufactured by applying an electrode paste containing a conductive material and a glass frit onto a sacrificial layer of a transparent substrate on which a sacrificial layer is formed, followed by heat treatment. The electrode paste may contain 10 to 90% by weight of the conductive material and may contain 0.1 to 20 parts by weight of the glass frit, based on 100 parts by weight of the conductive material, when the glass frit is further contained. The conductive material may include a nanostructure together with a particle or particle, and the nanostructure may be an anisotropic material having conductivity such as a carbon nanotube, a carbon nanowire, or a silver nanowire.

전도성 물질은 3 내지 12족의 전이금속일 수 있으며, 일 예로, 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 텅스텐(W), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 이리듐(Ir), 알루미늄(Al) 및 은(Ag)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실질적인 일 예로, 높은 전기전도도와 충진물질과의 결착력, 및 저가 비용 측면에서 구리(Cu)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 유리 프릿은 납을 함유하는 납 유리계 프릿 또는 납을 함유하지 않는 무연 유리 프릿을 들 수 있으나, 친환경적이며 인체에 무해한 무연 유리 프릿이 보다 좋다. 나아가, 유리 프릿은 산화비스무트, 산화붕소 및 산화아연을 함유하는 산화비스무트-산화붕소-산화아연계 유리 프릿이 보다 좋은데, 전극이 산화비스무트-산화붕소-산화아연계 유리 프릿을 함유하는 경우, 실록산계 충진물질과의 결착력이 현저하게 향상될 수 있어 바람직하다. 산화비스무트-산화붕소-산화아연계 유리 프릿의 경우, 유리 플릿 전체 중량 중, Bi2O3 60 내지 90 중량%, ZnO 10 내지 20 중량% 및 B2O3 5 내지 15 중량%를 함유할 수 있다. 이 외에도, Al2O3, SiO2, CeO2, Li2O, Na2O 및 K2O로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있으며, 그 함량은 유리 플릿 전체 중량 중, 1 내지 20 중량%로 첨가될 수 있다. 산화비스무트-산화붕소-산화아연계 유리 프릿의 구체적인 일 예로, Bi2O3-ZnO-B2O3 유리 프릿, Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-Al2O3 유리 프릿, Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-La2O3-Al2O3 유리 프릿, Bi2O3-ZnO-SiO2-B2O3-TiO2 유리 프릿, 또는 Bi2O3-SiO2-B2O3-ZnO-SrO 유리 프릿을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The conductive material may be a transition metal of Groups 3 to 12, and examples thereof include a metal such as Ni, Cu, Pt, Ru, Rh, Au, ), Cobalt (Co), palladium (Pd), titanium (Ti), tantalum (Ta), iron (Fe), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), lanthanum ) And silver (Ag), but the present invention is not limited thereto. As a practical example, it may be desirable to use copper (Cu) in terms of high electrical conductivity, adhesion with a filler material, and low cost. Glass frit can be lead-free glass frit containing lead or lead-free glass frit without lead, but it is better than lead-free glass frit which is environmentally friendly and harmless to human body. Further, the glass frit is better than the bismuth oxide-boron oxide-zinc oxide based glass frit containing bismuth oxide, boron oxide and zinc oxide. When the electrode contains bismuth oxide-boron oxide-zinc oxide based glass frit, The binding force with the acid-based filling material can be remarkably improved. In the case of a bismuth oxide-boron oxide-zinc oxide glass frit, it may contain 60 to 90% by weight of Bi 2 O 3 , 10 to 20% by weight of ZnO and 5 to 15% by weight of B 2 O 3 in the total weight of the glass frit have. In addition, it may further include one or two or more metal oxides selected from Al 2 O 3 , SiO 2 , CeO 2 , Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, 1 to 20% by weight. Specific examples of the bismuth oxide-boron oxide-zinc oxide-based glass frit include Bi 2 O 3 -ZnO-B 2 O 3 glass frit, Bi 2 O 3 -ZnO-SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 glass Frit, Bi 2 O 3 -ZnO-SiO 2 -B 2 O 3 -La 2 O 3 -Al 2 O 3 glass frit, Bi 2 O 3 -ZnO-SiO 2 -B 2 O 3 -TiO 2 glass frit, or Bi 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 -ZnO-SrO glass frit, but is not limited thereto.

전극용 페이스트는 전도성 물질 및 유리 프릿 이외에도 용제(비히클) 및 바인더등과 같이, 인쇄방법에 따라 요구되는 인쇄적성을 위한 다양한 첨가제들을 더 함유할 수 있음은 물론이다.Needless to say, the electrode paste may further contain various additives for the printability required according to the printing method, such as a solvent (vehicle) and a binder in addition to the conductive material and the glass frit.

희생층의 기 설계된 영역에 설계된 패턴으로 전극용 페이스트를 도포한 후, 도포된 페이스트의 전도성 박막화를 위한 열처리(이하, 전극 열처리)가 수행될 수 있다. 전극 열처리는 전극 물질에 따라 어느 정도 조절 가능하나, 반복되는 물리적 변형에도 안정적인 전기전도도가 유지될 수 있도록 치밀막화를 유도하며, 전극 열처리 시 반도체층 내 함유될 수 있는 가스 발생원을 제거하기 위해, 500℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 구체적이며 실질적인 일 예로, 전극 열처리는 500 내지 800 ℃, 보다 실질적으로는 600 내지 800℃, 보다 더 실질적으로는 600 내지 800℃에서 10 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 전극 열처리시의 분위기는 전극 물질을 산화등으로부터 보호할 수 있는 분위기이면 족하며, 일 예로, 진공, 불활성 분위기등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. After the electrode paste is applied in a pattern designed in the designed region of the sacrificial layer, a heat treatment (hereinafter referred to as electrode heat treatment) for thinning the conductive paste of the applied paste can be performed. The electrode heat treatment can be controlled to some extent according to the electrode material, but it induces dense filming so that stable electric conductivity can be maintained even with repeated physical deformation. In order to remove a gas generating source which may be contained in the semiconductor layer during the electrode heat treatment, Lt; 0 > C or more. As a concrete and practical example, the electrode heat treatment may be performed at 500 to 800 ° C, more practically at 600 to 800 ° C, and more practically at 600 to 800 ° C for 10 to 30 minutes. The atmosphere during the heat treatment of the electrode may be an atmosphere capable of protecting the electrode material from oxidation or the like, and examples thereof include vacuum, inert atmosphere, and the like, but are not limited thereto.

상술한 방법에 따라, 제1전극 및 제1희생층이 형성된 제1투명 기판과 제2전극 및 제2희생층이 형성된 제2투명 기판이 각각 제조될 수 있다. According to the above-described method, a first transparent substrate on which a first electrode and a first sacrificial layer are formed, and a second transparent substrate on which a second electrode and a second sacrificial layer are formed, respectively, can be manufactured.

전극을 형성한 후, 전극이 형성된 투명 기판에 열전물질 기둥 어레이를 형성하는 방법은, 앞서 상술한 바와 같이, 크게 3가지로 나뉠 수 있다. 첫 번째는 전극 및 희생층이 형성된 제1투명기판에 N형 열전물질이나 P형 열전물질을 형성하여 제1단위체를 제조하고, 전극 및 희생층이 형성된 제2투명 기판에 제1투명 기판의 열전물질과 상보적인 열전물질을 형성하여 제2단위체를 제조한 후, 제1단위체와 제2단위체를 결합하는 방법이다. As described above, the method of forming the thermoelectric substance column array on the transparent substrate on which the electrodes are formed after the electrodes are formed can be largely divided into three types. First, an N-type thermoelectric material or a P-type thermoelectric material is formed on a first transparent substrate on which an electrode and a sacrificial layer are formed to manufacture a first unit, a second transparent substrate on which an electrode and a sacrificial layer are formed, Forming a second unitary body by forming a thermoelectric material complementary to the material, and then joining the first unitary body and the second unitary body.

두 번째는 전극 및 희생층이 형성된 제1투명기판에 N형 열전물질과 P형 열전물질의 열전물질 기둥 어레이를 제조한 후, 제1투명기판 상의 열전물질 기둥 어레이와 전극 및 희생층이 형성된 제2투명기판과 결합하는 방법이다.Second, a thermoelectric substance column array of an N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material is formed on a first transparent substrate on which an electrode and a sacrificial layer are formed, and then an array of thermoelectric substances on the first transparent substrate, 2 transparent substrate.

세 번째는 별도의 지지체에 N형 열전물질 기둥들과 P형 열전물질 기둥들을 각각 형성한 후, N형 열전물질(또는 P형 열전물질) 기둥들을 전극 및 희생층이 형성된 제1투명 기판에 전사 및 접합한 후 지지체를 제거하여 제1단위체를 제조하고, P형 열전물질(또는 N형 열전물질) 기둥들을 전극 및 희생층이 형성된 제2투명 기판에 전사 및 접합한 후 지지체를 제거하여 제2단위체를 제조한 후, 제1단위체와 제2단위체를 결합하는 방법이다. Third, after forming N-type thermoelectric columns and P-type thermoelectric columns on a separate support, the N-type thermoelectric (or P-type thermoelectric) columns are transferred to a first transparent substrate on which electrodes and sacrificial layer are formed After the bonding, the support is removed to produce a first unit. P-type thermoelectric materials (or N-type thermoelectric materials) are transferred and bonded to the electrodes and the second transparent substrate on which the sacrificial layer is formed, And then the first unit and the second unit are bonded to each other.

두 번째 방법은, 첫 번째 방법에서, 제1투명기판에 P형 및 N형 열전물질을 모두 형성한 후 전극 및 희생층이 형성된 제2투명기판과 결합시키는 방법임에 따라, 첫 번째 방법의 일 변형예에 해당할 수 있다. 또한, 세 번째 방법은 별도의 지지체에 열전물질을 형성한 후, 이를 전극 및 희생층이 형성된 투명 기판에 전사함으로써 단위체를 제조하는 것임에 따라, 역시 첫 번째 방법의 일 변형예에 해당할 수 있다. 이하에서는, 첫 번째 방법과 세 번째 방법에 대해 상술하며, 두 번째 방법은 첫 번째 방법을 참고하고 이를 적절히 변형하여 수행될 수 있음은 물론이다. The second method is a method in which the P-type and the N-type thermoelectric materials are both formed on the first transparent substrate and then combined with the second transparent substrate on which the electrodes and the sacrificial layer are formed in the first method, It may correspond to a modified example. In addition, the third method is to manufacture a unit body by forming a thermoelectric material on a separate support and then transferring the thermoelectric material to a transparent substrate on which an electrode and a sacrificial layer are formed, which is also a modification of the first method . Hereinafter, the first method and the third method will be described in detail, and the second method can be performed by referring to the first method and appropriately modifying the first method.

패턴화된 전극 상 소정 영역에 P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 전극 상 소정 영역에 기 계획한대로 P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 형성할 수 있는 방법이라면 어떤 방법을 사용하여도 무방하며, 일 예로, 열전물질용 페이스트를 이용하여, 열전물질을 도포한 후 열처리하여 다결정체의 열전물질 기둥을 형성하거나, 적절한 크기 및 형태로 가공된 열전물질의 단결정체를 사용하여 수행될 수 있다. A step of forming a P-type thermoelectric material or an N-type thermoelectric material in a predetermined region on the patterned electrode may be performed. Any method may be used as long as it can form a P-type thermoelectric material or an N-type thermoelectric material in a predetermined region on the electrode. For example, a thermoelectric material paste is applied using a thermoelectric material paste Heat treatment may be performed to form a thermoelectric substance column of the polycrystal, or a monocrystal of a thermoelectric material processed into an appropriate size and shape.

본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 열전소자의 경우, 열전물질을 관통하는 지지체가 구비되지 않음에 따라, 단결정체의 열전물질의 사용이 가능하며, 이에 따라, 다결정체 열전 물질로는 그 요구되는 효율을 만족시킬 수 없는 분야에도, 활용 가능하다. In the case of a thermoelectric element provided according to an embodiment of the present invention, since a support for passing a thermoelectric material is not provided, it is possible to use a thermoelectric material of a single crystal, It is possible to utilize it even in the field where the efficiency can not be satisfied.

P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 열전물질용 페이스트를 이용하여 다결정체로 형성하는 경우, 스크린 프린팅법과 같은 통상의 인쇄 방법을 통해 P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 형성할 수 있다. 상세하게, P형 열전물질용 페이스트 또는 N형 열전물질용 페이스트를 기 설정된 패턴대로 전극 상부에 도포한 후, 이를 열처리하여 열전물질을 형성할 수 있다. When the P-type thermoelectric material or the N-type thermoelectric material is formed into a polycrystalline material by using the thermoelectric material paste, the P-type thermoelectric material or the N-type thermoelectric material can be formed by a conventional printing method such as a screen printing method. In detail, a P-type thermoelectric material paste or an N-type thermoelectric material paste is applied to an upper portion of the electrode in a predetermined pattern and then thermally processed to form a thermoelectric material.

P형 열전물질용 페이스트 또는 N형 열전물질용 페이스트는, P형 열전물질 또는 N형 열전 물질을 함유할 수 있으며, 인쇄 적성, 열전도도, 물리적 강도, 전기전도도등을 고려하여, 바인더등의 첨가제, 용제, 전도성 물질 및/또는 유리 프릿등을 더 포함할 수 있다.The P-type thermoelectric material paste or the N-type thermoelectric material paste may contain a P-type thermoelectric material or an N-type thermoelectric material, and may contain additives such as a binder in consideration of printability, thermal conductivity, physical strength, , A solvent, a conductive material, and / or a glass frit.

N형 열전물질 및/또는 N형 열전물질은 열적 구배에 의해 전압차가 생성되는 물질이면 무방하며, 통상적인 열전소자에서 사용되는 N형 열전물질 및/또는 P형 열전물질을 모두 포함한다. 대표적인 일 예로, N형 열전물질은 비스무스-텔루륨계(BixTe1-x, x는 0 ≤ x ≤ 1인 실수) 또는 비스무스-텔레늄-셀레늄계(Bi2Te3-ySey, y는 0 ≤ y ≤ 2인 실수) 화합물등을 들 수 있으며, P형 열전물질은, 안티몬-텔루륨계(SbxTe1-x, x는 0 ≤ x ≤ 1인 실수) 또는 비스무스-안티몬-텔루늄계(BiySb2-yTe3, y는 0 ≤ y ≤ 2인 실수) 화합물등을 들 수 있다. The N-type thermoelectric material and / or the N-type thermoelectric material may be a material that generates a voltage difference by a thermal gradient, and includes all of the N-type thermoelectric material and / or the P-type thermoelectric material used in a conventional thermoelectric device. Representative For example, N-type thermoelectric material is bismuth-telru ryumgye (Bi x Te 1-x, x is 0 ≤ x ≤ 1 a real number) or bismuth-Tele titanium-selenium-based (Bi 2 Te 3-y Se y, y (The real number 0 ≤ y ≤ 1), and the P-type thermoelectric material may be an antimony-tellurium-based (Sb x Te 1-x , x is a real number 0 ≤ x ≤ 1) or a bismuth-antimony- (Bi y Sb 2 -y Te 3 , y is a real number satisfying 0? Y? 2), and the like.

P형 열전물질용 페이스트 또는 N형 열전물질용 페이스트는 열전물질 기둥 어레이가 0.1 이상의 열전성능지수(ZT)를 가질 수 있도록 구성 성분의 함량을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 일 구체예로, P형 열전물질용 페이스트 또는 N형 열전물질용 페이스트는 전체 중량 중, 열전 물질 10 내지 90 중량%, 용제 5 내지 50 중량% 및 바인더 2 내지 10 중량%를 포함할 수 있으며, 유리 프릿을 더 포함하는 경우, 유리 프릿은 페이스트 전체 중량 중, 2 내지 10 중량%로 첨가될 수 있다. 그러나, 본 발명이 P형 열전물질 또는 N형 열전물질 형성을 위한 페이스트의 구체적 물질이나 조성에 의해 한정될 수 없음은 물론이다. The P-type thermoelectric substance paste or the N-type thermoelectric substance paste may be preferably adjusted in the content of the constituent components so that the thermoelectric substance column array has a thermoelectric performance index (ZT) of 0.1 or more. In one embodiment, the P-type thermoelectric material paste or the N-type thermoelectric material paste may include 10 to 90% by weight of the thermoelectric material, 5 to 50% by weight of the solvent and 2 to 10% by weight of the binder, When the glass frit is further included, the glass frit may be added in an amount of 2 to 10% by weight based on the total weight of the paste. However, it goes without saying that the present invention can not be limited by the specific material or composition of the paste for forming the P-type thermoelectric material or the N-type thermoelectric material.

P형 열전물질용 페이스트 또는 N형 열전물질용 페이스트를 기 설계된 패턴대로 전극 상부에 도포한 후, 이를 열처리하여 P형 열전물질 또는 N형 열전물질을 형성할 수 있다. The P-type thermoelectric material paste or the N-type thermoelectric material paste may be applied to the upper surface of the electrode in a designed pattern, and then the P-type thermoelectric material or the N-type thermoelectric material may be formed by heat treatment.

제1단위체와 제2단위체는 상술한 바와 같이 희생층이 형성된 투명 기판 상, 전극을 형성하고, 전극 상 열전물질을 형성하여 제조될 수 있는데, 다만, 제1단위체에는 P형 열전물질 또는 N형 열전물질 중, 1종의 열전물질만을 형성하고, 제2단위체는 제1단위체의 열전물질과 상보적인 열전물질을 형성한 것일 수 있다. The first unit body and the second unit body can be manufactured by forming an electrode on a transparent substrate on which a sacrificial layer is formed as described above and forming thermoelectric materials on the electrodes. However, the first unit body may include a P-type thermoelectric material or an N-type Only one kind of thermoelectric material may be formed from the thermoelectric material and the second unit material may be formed with a thermoelectric material complementary to the thermoelectric material of the first unit material.

즉, 제1단위체에 형성된 열전물질이 N형 열전물질인 경우, 제2단위체에 형성된 열전물질은 P형 열전물질일 수 있고, 이와 달리, 제1단위체에 형성된 열전물질이 P형 열전물질인 경우, 제2단위체에 형성된 열전물질은 N형 열전물질일 수 있다.That is, when the thermoelectric material formed on the first unit body is the N-type thermoelectric material, the thermoelectric material formed on the second unit material may be the P-type thermoelectric material. Alternatively, when the thermoelectric material formed on the first unit material is the P- , And the thermoelectric material formed on the second unit body may be an N-type thermoelectric material.

제1단위체와 제2단위체의 열전물질은, 두 단위체가 일체로 결합했을 때, 각 단위체에 형성된 전극을 통해, P형 및 N형 열전물질이 전기적으로 연결될 수 있도록 배열된 것일 수 있으며, 좋게는 각 단위체에 형성된 전극을 통해 전기적으로 직렬 연결되도록 배열된 것일 수 있다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 제1단위체와 제2단위체의 열전물질은, 두 단위체가 일체로 결합했을 때, P형 열전물질과 N형 열전물질이 MxN(M은 2 이상의 자연수, N은 2 이상의 자연수) 매트릭스를 이루며 종 및 횡으로, 서로 교번되어 이격 배열된 구조를 갖도록 형성될 수 있다.The thermoelectric material of the first unit body and the second unit body may be arranged so that the P-type and N-type thermoelectric materials can be electrically connected through the electrodes formed in the respective unit bodies when the two unit bodies are integrally bonded, And may be arranged so as to be electrically connected in series through electrodes formed in the respective unit bodies. The thermoelectric material of the first unit and the second unit is a specific example, and when the two units are integrally combined, the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material are MxN (M is a natural number of 2 or more and N is 2 Or more natural number) matrix, and may be formed so as to have a structure that is alternately arranged in the longitudinal direction and the lateral direction.

그러나, 상술한 바와 같이, 각 단위체에서의 열전 물질의 배열 및 구조는, P형 열전물질이 형성된 일 단위체와 N형 열전물질이 형성된 다른 일 단위체인 두 단위체가 일체로 결합했을 때, 전극에 의해 P형 열전물질과 N형 열전 물질이 전기적으로 직렬 연결될 수 있는 한, 어떠한 배열 및 구조이든 무방하다. However, as described above, the arrangement and structure of the thermoelectric material in each unit body are such that when one unit in which the P-type thermoelectric material is formed and the other unit in which the N-type thermoelectric material is formed are integrally bonded, Any arrangement and structure may be used as long as the P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material can be electrically connected in series.

상술한 유연 열전소자의 제조 과정의 장점 중 하나는, 제1단위체에 P형 또는 N형 열전 물질 중 1종의 열전물질이 형성되고, 제2단위체에 제1단위체의 열전물질과 상보적인 열전물질이 형성됨에 따라, 단위체에 형성된 열전물질의 종류를 고려하여, 각 물질에 최적화된 어닐링을 수행할 수 있다는 점이다. One of advantages of the manufacturing process of the flexible thermoelectric element is that one kind of thermoelectric material of the P type or the N type thermoelectric material is formed in the first unit material and the thermoelectric material of the first unit material is complementary to the thermoelectric material of the first unit material, The annealing optimized for each material can be performed in consideration of the kind of the thermoelectric material formed in the unit body.

일 예로, P형 열전물질의 형성을 위한 최적 어닐링 조건은 P형 열전물질용 페이스트에 함유된 열전물질의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 물질에 따라, 300 내지 1000℃의 온도에서 어닐링이 수행될 수 있다. 일 예로, 열전물질이 Bi0.3Sb1.7Te3, Bi0.8Sb1.2Te3 또는 Bi0.5Sb1.5Te3와 같이 비스무스-안티몬-텔루늄계(BiySb2-yTe3, 0 ≤ y ≤ 2) 화합물인 경우, P형 열전물질용 페이스트가 도포된 기판을 건조한 후, 400 내지 600℃에서 30분 내지 120분동안 어닐링을 수행할 수 있으며, 좋게는 495 내지 505℃에서 30분 내지 80분 동안 어닐링을 수행할 수 있다.For example, the optimum annealing conditions for forming the P-type thermoelectric material may vary depending on the type of the thermoelectric material contained in the P-type thermoelectric material paste, and depending on the material, annealing may be performed at a temperature of 300 to 1000 ° C have. (Bi y Sb 2 -y Te 3 , 0? Y? 2), such as Bi 0.3 Sb 1.7 Te 3 , Bi 0.8 Sb 1.2 Te 3 or Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 , In the case of the compound, after the substrate coated with the P-type thermoelectric material paste is dried, annealing may be performed at 400 to 600 ° C for 30 to 120 minutes, preferably at 495 to 505 ° C for 30 to 80 minutes Can be performed.

마찬가지로, N형 열전물질의 형성을 위한 최적 어닐링 조건은 N형 열전물질용 페이스트에 함유된 열전물질의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 열전물질이 비스무스-텔루륨계(BixTe1-x, 0 ≤ x ≤ 1) 화합물인 경우, N형 열전물질용 페이스트가 도포된 기판을 건조한 후, 350 내지 550℃에서 30분 내지 120분 동안 어닐링을 수행할 수 있으며, 좋게는 505 내지 515℃에서 60 내지 120분동안 어닐링을 수행할 수 있다. Likewise, the optimum annealing conditions for the formation of the N-type thermoelectric material may vary depending on the kind of the thermoelectric material contained in the N-type thermoelectric material paste, for example, when the thermoelectric material is a bismuth-tellurium-based material (Bi x Te 1-x , 0? X? 1), the substrate coated with the N-type thermoelectric material paste may be dried and then annealed at 350 to 550 ° C for 30 minutes to 120 minutes, preferably at 505 to 515 ° C Annealing may be performed for 60 to 120 minutes.

이때, 열전물질용 페이스트가 유기 바인더를 더 함유하는 경우, 건조 후, 어닐링 전, 유기 바인더의 분해 제거를 위한 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이며, 바인더의 분해 제거는 180 내지 280℃ 정도의 열처리에 의해 수행될 수 있음은 물론이다. 그러나, 별도의 바인더 제거 단계가 수행되지 않아도, 어닐링을 위한 승온 과정이나 어닐링 과정에서 바인더의 분해 제거가 동시에 이루어질 수 있음은 물론이다.In this case, if the thermoelectric material paste further contains an organic binder, it is of course possible to carry out a step for decomposing and removing the organic binder before and after the annealing, and the decomposition and removal of the binder may be performed at a temperature of about 180 to 280 ° C It can be performed by heat treatment. However, it is needless to say that, even if a separate binder removing step is not performed, the binder can be decomposed and removed at the same time during the temperature raising process or the annealing process for annealing.

또한, 열전물질이 텔루륨(Te)와 같이 휘발성 원소를 함유하는 경우, 휘발성 원소의 분위기(일 예로, 텔루륨 분위기) 하에서 어닐링이 수행될 수 있다. 이러한 휘발성 원소의 분위기는 별도로 휘발성 원소를 기화시켜 공급하거나, 어닐링이 수행되는 열처리 오븐(Oven) 또는 열처리 로(Furnace) 내에 휘발성 원소의 분말(일 예로, 텔루륨(Te) 분말)을 열전물질이 도포된 투명 기판과 함께 삽입하는 방법등을 들 수 있다.Further, when the thermoelectric material contains a volatile element such as tellurium (Te), annealing can be performed under an atmosphere of a volatile element (for example, tellurium atmosphere). The atmosphere of the volatile element may be supplied by supplying a volatile element separately or by supplying a volatile element powder (for example, a tellurium (Te) powder) into a heat treatment oven or a furnace where annealing is performed, And a method of inserting it together with a coated transparent substrate.

열전물질 페이스트가 아닌, 열전물질의 단결정체를 사용하는 경우, 이를 절삭 등의 공정을 통해 기 설계된 형상으로 가공하여 전극 상부에 접착시킬 수 있다. 상기 접착을 위한 방법으로는 전극과 열전물질을 접착할 수 있는 방법이라면 특별히 한정하진 않으나, 일 예로, 전도성 접착제를 사용하여 접착할 수 있다. 일 예로 전도성 접착제는 은을 함유하는 은 페이스트일 수 있으며, 일 구체예로 은(Ag) 페이스트, 주석-은(Sn-Ag) 페이스트, 주석-은-구리(Sn-Ag-Cu) 페이스트 또는 주석-안티몬(Sn-Sb) 페이스트 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정하진 않는다.In the case of using a thermocouple monocrystal rather than a thermoelectric paste, it can be processed into a designed shape through a process such as cutting and adhered to the upper part of the electrode. The method for the adhesion is not particularly limited as long as the method can bond the electrode and the thermoelectric material. For example, the method can be carried out using a conductive adhesive. As an example, the conductive adhesive may be a silver paste containing silver, and in one embodiment, a silver paste, a Sn-Ag paste, a Sn-Ag-Cu paste or a tin- -Antimony (Sn-Sb) paste or the like may be used, but the present invention is not limited thereto.

세 번째 방법의 경우, 열전물질 페이스트를 희생층이 형성된 투명기판의 전극이 아닌 별도의 지지체에 기 설계된 위치, 형상 및 크기로 도포한 후 어닐링하여 지지체 상 N형 열전물질 또는 P형 열전물질을 형성한 후, 지지체 상의 N형 열전물질 또는 P형 열전물질을 전극 및 희생층이 형성된 투명 기판으로 전사하여 제1단위체 또는 제2 단위체가 제조되는 것을 제외하고 상술한 첫 번째 방법과 유사하게 수행될 수 있다. 이때, 제1지지체에 N형 열전물질 또는 P형 열전물질을 형성하고, 제2지지체에 제1지지체의 열전물질과 상보적인 열전물질이 형성되도록 하여, 제1지지체의 열전물질과 제2지지체의 열전물질을 각각 전극 및 희생층이 형성된 투명 기판으로 전사함으로써, 제1단위체와 제2단위체가 제조될 수 있음은 물론이다. 별도의 지지체로 사용되는 물질은 열전물질의 어닐링을 위한 열처리시, 열적으로 안정한 물질이면 무방하고, 석영 기판과 같이 열전물질과의 결착력이 떨어지는 물질이면 사용 가능하다. 지지체에 형성된 열전물질을 전극 및 희생층이 형성된 투명기판으로 전사하는 방법은, 전도성 페이스트(전도성 접착제)를 이용한 접합 또는 금속층을 이용한 브레이징 본딩(Brazing bonding)등을 들 수 있으나, 본 발명이 구체적인 전사 방법에 의해 한정되는 것은 아니다. In the case of the third method, the thermoelectric material paste is applied on a separate support instead of the electrode of the transparent substrate on which the sacrificial layer is formed, and is then annealed to form the N type thermoelectric material or the P type thermoelectric material on the support And then transferring the N-type thermoelectric material or the P-type thermoelectric material on the support to the electrode and the transparent substrate on which the sacrificial layer is formed, so that the first unit or the second unit is manufactured, similar to the first method described above have. At this time, an N-type thermoelectric material or a P-type thermoelectric material is formed on the first support and a thermoelectric material complementary to the thermoelectric material of the first support is formed on the second support, The first and second unit bodies can be manufactured by transferring the thermoelectric material to the transparent substrate having the electrode and the sacrificial layer formed thereon. A material used as a separate support may be a thermally stable material at the time of heat treatment for annealing a thermoelectric material and may be used as long as it is a material having a low binding force with a thermoelectric material such as a quartz substrate. The method of transferring the thermoelectric material formed on the support to the electrode and the transparent substrate on which the sacrificial layer is formed may be a bonding using a conductive paste (conductive adhesive) or a brazing bonding using a metal layer. However, But it is not limited thereto.

다음으로, 제1단위체와 제2단위체를 물리적으로 연결하여 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계를 수행할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 열전물질이 서로 이격되도록 제1구조체와 제2구조체를 연결할 수 있으며, 도 2에 도시한 일 예와 같이 P형 열전물질과 N형 열전물질이 교번 위치하도록 각 단위체를 연결할 수 있다. 일 예로, 단위체간의 연결은 접착 공정을 통해 수행될 수 있으며, 접착을 위한 방법으로는 전극과 열전물질을 접착할 수 있는 방법이라면 특별히 한정하진 않으나, 일 예로, 전도성 접착제를 사용하여 접착할 수 있다. 구체적인 일 예로 전도성 접착제는 은을 함유하는 은 페이스트일 수 있으나, 이에 한정하진 않는다.  Next, a step of physically connecting the first unit body and the second unit body to manufacture a substrate having the thermoelectric substance column array may be performed. As described above, the first structure and the second structure may be connected to each other so that the thermoelectric materials are spaced apart from each other. As shown in FIG. 2, each unit may be connected so that the P-type thermoelectric material and the N- have. For example, the connection between the units may be performed through an adhesion process. The method for bonding is not particularly limited as long as it can bond the electrode and the thermoelectric material. For example, the bonding can be performed using a conductive adhesive . As a specific example, the conductive adhesive may be a silver paste containing silver, but is not limited thereto.

제1단위체와 제2단위체를 결착한 후, 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간에 충진물질을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 충진물질에 의해, 투명 기판이 제거된 후에도, 열전물질과 전극의 물리적 안정성 및 기계적 물성이 확보될 수 있다. After the first unit body and the second unit body are bonded, a step of forming a filler material in the empty space of the thermoelectric material column array may be performed. Even after the transparent substrate is removed by the filling material, the physical stability and mechanical properties of the thermoelectric material and the electrode can be secured.

충진물질은 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 물질로, 전극과 강하게 결착되어 유연 열전소자가 충분한 기계적, 물리적 물성을 가질 수 있도록 하며, 특히 낮은 열전도도를 가짐으로써 열전소자의 열-전기 전환효율을 향상시킬 수 있다. 충진물질은 유연성을 가진 물질일 수 있으며, 유연성과 함께, 낮은 열전도도를 가진 물질인 것이 좋다. The filling material is a material filling the void space of the thermoelectric material column array and is strongly bonded to the electrode so that the flexible thermoelectric device can have a sufficient mechanical and physical properties. Particularly, since the thermoelectric device has a low thermal conductivity, The conversion efficiency can be improved. The filling material may be a flexible material, and it is preferably a material having low thermal conductivity with flexibility.

이와 같이 유연성 및 낮은 열전도도를 가지는 충진물질은 경화성 폴리머로부터 형성된 것일 수 있다. 경화성 폴리머는 경화 가능 관능기(경화기)를 함유하고 있는 폴리머로써, 열전물질 기둥 어레이에 의한 빈 공간에 충진되어 경화되기 전의 폴리머를 의미하는 것일 수 있으며, 이와 같은 경화성 폴리머의 경화기를 일부 또는 전부 경화시켜 충진물질을 형성할 수 있다. 즉, 열전물질 기둥 어레이에 충진되기 전 또는 충진된 초기 상태의 폴리머를 경화성 폴리머라 칭하며, 이를 경화시킨 폴리머는 충진물질(또는 고분자 화합물)이라 칭한다.The filling material having such flexibility and low thermal conductivity may be formed from a curable polymer. The curable polymer may be a polymer containing a curable functional group (curing group), which means a polymer before being cured by being filled in an empty space formed by a thermoelectric material column array. The curing group of the curable polymer may be partially or completely cured A filling material can be formed. That is, the polymer in the initial state before or after being filled in the thermoelectric material column array is referred to as a curable polymer, and the cured polymer is referred to as a filling material (or a polymer compound).

충진물질(또는 고분자 화합물)은 유연성을 가지면서도, 낮은 열전도도를 가지는 것이라면 특별히 한정하진 않으나, 구체적으로 예를 들면, 고분자 화합물은 0.1 W/mㅇK이하의 열전도도를 가진 것일 수 있으며, 바람직하게는 열전물질 열전도도의 0.05 W/mㅇK이하의 열전도도를 가진 것을 사용하는 것이 효과적으로 열전달을 차단하여 열안정성을 확보함에 있어 바람직할 수 있다. 이때, 경화성 폴리머의 중량평균분자량은 100 내지 500,000 g/mol일 수 있으며, 보다 좋게는 5,000 내지 100,000 g/mol인 것이 보다 바람직하다.The filling material (or the polymer compound) is not particularly limited as long as it has flexibility and low thermal conductivity. Specifically, for example, the polymer compound may have a thermal conductivity of 0.1 W / mK or less, It is preferable to use a thermoelectric material having a thermal conductivity of 0.05 W / mK or less of thermal conductivity to effectively block heat transfer to secure thermal stability. In this case, the weight average molecular weight of the curable polymer may be 100 to 500,000 g / mol, and more preferably 5,000 to 100,000 g / mol.

경화성 폴리머는 특별히 제한되지 않으나, 열 경화성 폴리머, 광 경화성 폴리머 또는 화학적 경화성 폴리머일 수 있며, 균일하고 빠른 경화 측면에서 화학적 경화성 폴리머일 수 있다. The curable polymer is not particularly limited, but may be a thermosetting polymer, a photocurable polymer or a chemically curable polymer, and may be a chemically curable polymer in terms of uniform and fast curing.

경화성 폴리머는 경화 후 유연성을 가지며, 낮은 열전도도를 가지는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으나, 구체적으로 예를 들면 실리콘계 폴리머, 올레핀계 탄성 폴리머 또는 폴리우레탄계 화합물 등일 수 있다. The curable polymer is not particularly limited as long as it has flexibility after curing and has a low thermal conductivity, but may be specifically exemplified by a silicone polymer, an olefin elastic polymer or a polyurethane compound.

실리콘계 폴리머, 올레핀계 탄성 폴리머 또는 폴리우레탄계 화합물은 경화 후 유연성 및 탄력성이 높으며, 온도에 따른 물성 변화가 작고, 넓은 온도 범위에서 유연성이 유지되어 유연 열전소자에 적용시 열전소자의 물리적 변형이 용이하고, 잦은 물리적 변형에도 쉽게 손상되지 않아 수명 특성이 향상되는 장점이 있다. 또한, 실리콘계 폴리머와 올레핀계 탄성 폴리머는 낮은 열전도도를 가짐에 따라 열의 확산을 효과적으로 방지하여 열전 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 경화성 폴리머가 실리콘계 폴리머인 경우, 전극과의 결착력이 더욱 향상되어 열전소자의 물리적 안정성이 향상될 수 있다. 실리콘계 폴리머는 축합형 실리콘계 폴리머 또는 부가형 실리콘계 폴리머 일 수 있다. 축합형 실리콘계 폴리머는 수분 존재 하에서 가수분해 및 축합반응에 의해 가교경화가 일어날 수 있으며, 부가형 실리콘계 폴리머는 촉매 존재 하에서 실리콘계 폴리머의 불포화기와 가교제 간의 부가반응에 의해 가교 경화가 일어날 수 있다. 비 한정적인 일 구체예로, 축합형 실리콘계 폴리머는 하이드록시기가 2개 이상인 지방족 폴리실록산, 방향족폴리실록산 또는 지방족기와 방향족기를 하나의 반복단위 내에 모두 포함하거나 독립적으로 각각 포함하는 실록산 반복단위를 포함하는 폴리실록산일 수 있다. The silicone-based polymer, the olefin-based elastic polymer, or the polyurethane-based compound has high flexibility and elasticity after curing, has little change in physical properties with temperature, maintains flexibility in a wide temperature range and is easy to physically deform the thermoelectric element when applied to a flexible thermoelectric device , And it is not easily damaged by frequent physical deformation, thereby improving lifetime characteristics. In addition, since the silicone-based polymer and the olefin-based elastic polymer have low thermal conductivity, the diffusion of heat can be effectively prevented and the thermoelectric efficiency can be improved. Particularly, when the curable polymer is a silicone-based polymer, the bonding strength with the electrode is further improved and the physical stability of the thermoelectric device can be improved. The silicone-based polymer may be a condensation-type silicone-based polymer or an addition-type silicone-based polymer. The condensation type silicone polymer may undergo cross-linking curing by the hydrolysis and condensation reaction in the presence of water, and the addition type silicone polymer may undergo cross-linking curing by the addition reaction between the unsaturated group of the silicone type polymer and the cross-linking agent in the presence of the catalyst. In one non-limiting embodiment, the condensed silicone-based polymer is a polysiloxane having two or more hydroxyl groups, an aliphatic polysiloxane, an aromatic polysiloxane, or a siloxane repeating unit containing an aliphatic group and an aromatic group in one repeating unit, .

비한정적인 일 구체예로, 지방족 폴리실록산은, 2개 이상의 하이드록시기를 함유하거나, 2개 이상의 비닐기를 함유하는, 폴리디메틸실록산, 폴리디에틸실록산, 폴리메틸에틸실록산, 폴리디메틸실록산-co-디에틸실록산, 폴리디메틸실록산-co-에틸메틸실록산 등에서 선택될 수 있으며, 방향족 폴리살록산은 2개 이상의 하이드록시기를 함유하거나, 2개 이상의 비닐기를 함유하는, 폴리디페닐실록산, 폴리메틸페닐실록산, 폴리에틸페닐실록산, 폴리(디메틸실록산-co-디페닐실록산) 등에서 선택될 수 있다. 지방족기와 방향족기를 하나의 반복단위 내에 모두 포함하거나 독립적으로 각각 포함하는 실록산 반복단위를 포함하는 폴리실록산은 상기 예시된 지방족 실록산의 반복단위 및 방향족 실록산의 반복단위를 모두 포함하거나, 상기 예시된 지방족 치환기와 상기 예시된 방향족 치환기를 하나의 반복단위 내에 위치하는 실리콘 원소에 각각 결합된 형태를 의미하는 것일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. In one non-limiting embodiment, the aliphatic polysiloxane is selected from the group consisting of polydimethylsiloxane, polydiethylsiloxane, polymethylethylsiloxane, polydimethylsiloxane-co-di Ethylsiloxane, polydimethylsiloxane-co-ethylmethylsiloxane, and the like. The aromatic polysalic acid may be selected from the group consisting of polydiphenylsiloxane, polymethylphenylsiloxane, poly Ethylphenylsiloxane, poly (dimethylsiloxane-co-diphenylsiloxane), and the like. The polysiloxane containing a siloxane repeating unit containing both aliphatic groups and aromatic groups in one repeating unit or independently includes repeating units of the exemplified aliphatic siloxane and repeating units of the aromatic siloxane, But the present invention is not limited thereto. The term " aromatic substituent "

가교제(경화제)는 경화성 폴리머의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 경화성 폴리머가 실리콘계 폴리머인 경우, Si-O 결합을 함유하는 실록산계 경화제, Si-N 결합을 함유하는 오르가노실라잔계(organosilazane) 경화제, Si-H 결합을 함유하는 실록산계 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The crosslinking agent (curing agent) may be appropriately selected depending on the type of the curable polymer. When the curable polymer is a silicone-based polymer, a siloxane-based curing agent containing Si-O bonds, an organosilazane containing Si- A curing agent, and a siloxane-based compound containing a Si-H bond. However, the present invention is not limited thereto.

올레핀계 탄성 폴리머는 올레핀계 탄성 폴리머와 가교제에 의해 가교 경화가 일어나 고분자 화합물을 형성할 수 있다. 올레핀계 탄성 폴리머는 비 한정적인 일 구체예로, 폴리(에틸렌-co-알파-올레핀), 에틸렌프로필렌디엔모노머 고무(EPDM rubber), 폴리이소프렌 또는 폴리부타디엔 등일 수 있으나, 이에 한정되진 않는다. 이때 가교제는 가황제일 수 있으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 한정하지 않으나, 비 한정적인 일 구체예로, 황 또는 유기과산화물 등을 사용할 수 있다.The olefinic elastomeric polymer can be crosslinked and cured by the olefinic elastomeric polymer and the crosslinking agent to form a polymer compound. The olefinic elastomeric polymer can be, but is not limited to, poly (ethylene-co-alpha-olefin), ethylene propylene diene monomer rubber (EPDM rubber), polyisoprene or polybutadiene and the like as a non-limiting example. In this case, the crosslinking agent may be a vulcanizing agent, and is not limited as long as it is commonly used in the art. As a non-limiting example, sulfur or an organic peroxide may be used.

폴리우레탄계 화합물은 촉매 존재 하에서 이소시아네이트기(-NCO)와 하이드록시기(-OH)의 부가 축합반응에 의해 고분자 화합물이 형성되는 제1형태와 불포화기를 함유하는 폴리우레탄계 프리폴리머(pre-polymer)와 가교제 간의 부가 반응에 의해 고분자 화합물이 형성되는 제2형태로 나뉠 수 있다. 단, 본 발명에서 지칭하는 폴리우레탄계 화합물은 폴리우레탄(충진물질)으로 가공되기 전의 물질로, 열전물질 기둥 어레이에 충진될 또는 충진된 초기 상태의 제1형태 화합물, 또는 폴리우레탄 제2형태의 프리폴리머일 수 있다. The polyurethane-based compound has a first form in which a polymer compound is formed by an addition condensation reaction of an isocyanate group (-NCO) and a hydroxyl group (-OH) in the presence of a catalyst, a polyurethane prepolymer containing an unsaturated group, And a second type in which a polymer compound is formed by an addition reaction between the two groups. However, the polyurethane-based compound referred to in the present invention is a material before being processed into a polyurethane (fill material), which is an initial-state first-type compound filled or filled in a thermoelectric material column array, or a polyurethane- Lt; / RTI >

제1형태는 2개 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 다관능 이소시아네이트계 화합물과 2개 이상의 하이드록시기를 함유하는 폴리올계 화합물의 반응에 의해 고분자 화합물이 형성될 수 있다. 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물은 비 한정적인 일 구체예로, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 1,4-디이소시아네이토벤젠(PPDI), 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 3,3'-비톨릴렌-4,4'-디이소시아네이트, 1,3-자일렌 디이소시아네이트, p-테트라메틸자일렌 디이소시아네이트(p-TMXDI), 1,6-디이소시아네이토-2,4,4-트리메틸헥산, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI) 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트(CHDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 또는4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 폴리올계 화합물은 폴리에스테르 폴리올과 폴리에테르 폴리올로 나뉠 수 있다. 폴리에스테르 폴리올은 비 한정적인 일 구체예로, 폴리에틸렌아디페이트, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리(1,6-헥사아디페이트), 폴리디에틸렌아디페이트 또는 폴리(e-카프로락톤) 등일 수 있으며, 폴리에테르 폴리올은 비 한정적인 일 구체예로, 폴리에틸렌글리콜, 폴리디에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리에틸렌프로필렌글리콜 등일 수 있으나, 이에 한정되진 않는다. 이때, 촉매는 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하진 않으나, 아민계 촉매를 사용할 수 있으며, 비 한정적인 일 구체예로, 디메틸사이클로헥실아민(DMCHM), 테트라메틸렌디아민(TMHDA), 펜타메틸렌디에틸렌디아민(PMEDETA) 또는 테트라에틸렌디아민(TEDA) 등을 사용할 수 있다.In the first embodiment, a polymer compound can be formed by the reaction of a polyfunctional isocyanate compound containing two or more isocyanate groups and a polyol compound containing two or more hydroxy groups. The polyfunctional isocyanate compound may include, but not limited to, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), 1,4-diisocyanatobenzene (PPDI), 2 , 4'-diphenylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 3,3'-bitolylene-4,4'-diisocyanate, 1,3-xylene diisocyanate, p- Isocyanate (p-TMXDI), 1,6-diisocyanato-2,4,4-trimethylhexane, hexamethylene diisocyanate (HMDI) 1,4-cyclohexane diisocyanate (CHDI), isophorone diisocyanate ) Or 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (H12MDI), but the present invention is not limited thereto. The polyol compound may be divided into a polyester polyol and a polyether polyol. The polyester polyol can be, in one non-limiting example, polyethylene adipate, polybutylene adipate, poly (1,6-hexadipate), polydiethylene adipate or poly (e-caprolactone) The polyether polyol can be, but is not limited to, polyethylene glycol, polydiethylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene propylene glycol, and the like in one non-limiting example. In this case, the catalyst is not particularly limited as long as it is commonly used in the art, but an amine catalyst can be used. As a non-limiting example, dimethylcyclohexylamine (DMCHM), tetramethylenediamine (TMHDA), pentamethylene Diethylenediamine (PMEDETA) or tetraethylenediamine (TEDA) may be used.

상기 제2형태는 에틸렌성 불포화기를 함유하는 폴리우레탄계 프리폴리머와 가교제 간의 부가 반응에 의해 고분자 화합물이 형성될 수 있다. 이와 같은 폴리우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트기를 함유하는 화합물과 폴리올계 화합물의 종류에 따라 그 구조가 다양하게 달라질 수 있으나, 에틸렌성 불포화기, 보다 상세하게, 비닐기를 함유하는 폴리우레탄계 프리폴리머일 수 있다. 구체적인 일예로 비닐기는 하나의 폴리우레탄 사슬 내에 2 내지 20개 포함될 수 있으나 이에 제한되지는 아니하며, 폴리우레탄의 분자량이 증가할수록 비닐기는 비례하여 20개를 초과하여 증가할 수 있으며, 분자량이 낮은 폴리우레탄의 경우 바람직한 범위는 2 내지 4개를 포함할 수 있다. 이때 가교제는 가황제일 수 있으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 한정하지 않으나, 비 한정적인 일 구체예로, 황 또는 유기과산화물 등을 사용할 수 있다.In the second mode, a polymer compound can be formed by an addition reaction between a polyurethane-based prepolymer containing an ethylenic unsaturated group and a crosslinking agent. Such a polyurethane prepolymer may vary in the structure depending on the kind of the isocyanate group-containing compound and the polyol-based compound, but may be an ethylenic unsaturated group, more specifically, a polyurethane-based prepolymer containing a vinyl group. As a specific example, the vinyl group may be contained in 2 to 20 groups in one polyurethane chain, but not limited thereto. As the molecular weight of the polyurethane increases, vinyl groups may increase proportionally to more than 20, and polyurethane , The preferable range may include 2 to 4. In this case, the crosslinking agent may be a vulcanizing agent, and is not limited as long as it is commonly used in the art. As a non-limiting example, sulfur or an organic peroxide may be used.

경화성 폴리머와 가교제의 함량은 고분자 화합물의 경화 정도를 고려하여 선정될 수 있다. 구체적으로, 가교제의 함량은 경화성 폴리머 100 중량부를 기준으로 1 내지 100 중량부를 사용할 수 있으며, 좋게는 3 내지 50 중량부, 보다 좋게는 5 내지 20 중량부로 사용하는 것이 유연성 및 낮은 열전도도 확보에 보다 바람직할 수 있다. 경화성 폴리머의 물질에 따라, 경화를 촉진하는 것으로 알려진 촉매를 더 함유하는 경우, 촉매의 함량은 경화성 폴리머 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 5 중량부를 사용할 수 있으나, 본 발명이 촉매의 함유 여부, 촉매의 물질이나 촉매의 함량에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.The content of the curable polymer and the crosslinking agent can be selected in consideration of the degree of curing of the polymer compound. Specifically, the content of the crosslinking agent may be 1 to 100 parts by weight, preferably 3 to 50 parts by weight, more preferably 5 to 20 parts by weight, based on 100 parts by weight of the curable polymer, Lt; / RTI > When the curable polymer further contains a catalyst known to promote curing, the content of the catalyst may be 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the curable polymer, And can not be limited by the content of the substance or the catalyst.

충진물질의 충진 단계는, 충진물질 전구물질(일 예로, 상술한 경화성 폴리머)을 열전물질 기둥 어레이에 의해 형성된 빈 공간에 충진하는 단계 및 충진된 충진물질 전구물질을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 충진물질 형성 후, 빈 공간 이외에 불필요한 부분에 남아있는 충진물질은 제거하는 것이 바람직하다.The filling step of the fill material can include filling the fill material precursor (e.g., the curable polymer, as described above) into the void space formed by the thermoelectric material column array and curing the filled fill material precursor . Further, after the formation of the filling material, it is preferable to remove the filling material remaining in the unnecessary portion other than the empty space.

본 발명에 따른 일 실시예에 있어, 충진물질 전구물질이 상기 N형 열전물질과 P형 열전물질 사이 간극으로 충진될 수 있는 방법이라면 한정하지 않으며, 예를 들어, 경화성 폴리머 및 경화제 등을 함유하는 액상의 충진물질 전구물질을 모세관 현상을 이용하여 전극 및 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판에 충진하거나, 또는 경화성 폴리머 및 경화제 등을 포함하는 액상의 충진물질 전구물질이 채워진 수조에 전극 및 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 담가 충진할 수 있다.In an embodiment according to the present invention, the filling material precursor is not limited as long as it can be filled with the gap between the N-type thermoelectric material and the P-type thermoelectric material. For example, the material containing the curing polymer and the curing agent The liquid fill material precursor is filled in the substrate on which the electrode and the thermoelectric material column array are formed by capillary phenomenon or the liquid fill material precursor material including the hardenable polymer and the curing agent is filled in the electrode and thermoelectric material column array It is possible to immerse and fill the substrate.

열전물질 기둥 어레이에 의해 형성된 빈 공간에 충진된 충진물질 전구물질 경화하는 단계는, 경화성 폴리머의 경화 뿐만 아니라, 용매에 용해된 고분자 물질에서 용매가 휘발 제거됨에 따라, 고상으로 변화하는 것 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. The step of curing the filling material precursor filled in the void space formed by the thermoelectric column array includes not only the curing of the curable polymer but also the change to the solid phase as the solvent is volatilized and removed from the polymer material dissolved in the solvent .

상술한 바와 같이, 충진물질 전구물질은 경화성 폴리머를 포함하는 것일 수 있으며, 경화성 폴리머 자체가 액상인 경우, 건조 공정은 생략될 수 있으나, 용제에 용해된 용액상인 경우 건조 단계가 수행된 후 경화가 수행될 수 있다. As described above, the precursor of the filler material may include a curable polymer. If the curable polymer itself is a liquid, the drying process may be omitted. However, in the case of a solution phase dissolved in a solvent, .

일 예에 따른 건조 공정은 용제가 충분히 날아갈 수 있을 정도의 온도에서 소정 시간 건조시킴으로써 수행될 수 있다. 일 구체예로, 경화성 폴리머가 폴리디메틸실록산인 경우, 건조 온도는 상온부터 내지 150℃일 수 있으며, 건조 시간은 10분 내지 24시간일 수 있다. The drying process according to one example can be performed by drying at a temperature at which the solvent can be sufficiently blown for a predetermined time. In one embodiment, when the curable polymer is polydimethylsiloxane, the drying temperature may be from room temperature to 150 ° C, and the drying time may be from 10 minutes to 24 hours.

경화 공정은 경화성 폴리머와 경화제의 종류 및 함량에 따라 달라질 수 있으며, 일 예로, 열경화성 관능기인 경우, 열경화제의 함량, 경화 온도 및 경화 시간을 조절하여 경화 공정을 수행할 수 있으나, 이는 열경화성 관능기의 종류에 따라 달리 수행될 수 있다. 다른 일 예로, 광경화성 관능기인 경우, 광경화제의 함량, 광량 및 광세기를 조절하여 경화 공정을 수행할 수 있으나, 이 역시 광경화성 관능기의 종류에 따라 달리 수행될 수 있다.The curing process may vary depending on the type and content of the curable polymer and the curing agent. For example, in the case of a thermosetting functional group, the curing process can be performed by controlling the content of the thermosetting agent, the curing temperature and the curing time, Can be performed differently depending on the kind. As another example, in the case of a photocurable functional group, the curing process can be performed by adjusting the content of the photocuring agent, the amount of light, and the light intensity, but this may also be performed depending on the type of the photocurable functional group.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 제조용 구조체(유연 열전소자 구조체)의 단면을 도시한 일 예이다. 도 2에 도시한 일 예와 같이, 구조체는 서로 이격 배열된, 하나 이상의 N형 열전물질(230) 및 P형 열전물질(240)을 포함하는 열전물질(230, 240) 기둥 어레이, 열전물질 기둥 어레이의 열전물질(230, 240)을 전기적으로 연결하는 전극(220), 및 적어도 열전물질(230, 240) 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질(250)을 포함하는 유연 열전소자(200), 유연 열전소자(200)를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판(110); 및 유연 열전 소자(200)와 두 투명 기판(110) 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층(121)과 반도체층(122)이 적층된 적층층으로, 버퍼층(121)이 유연 열전소자(200)와 접하고, 반도체층(122)이 투명 기판(110)과 접하는 희생층(120);을 포함할 수 있다.2 is a cross-sectional view of a structure (a flexible thermoelectric element structure) for thermoelectric element fabrication according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the structure includes a thermoelectric material 230 and 240 columnar array including at least one N-type thermoelectric material 230 and a P-type thermoelectric material 240 spaced from each other, A flexible thermoelectric element 200 comprising an electrode 220 electrically connecting thermoelectric materials 230 and 240 of the array and a fill material 250 filling at least the void spaces of thermoelectric materials 230 and 240, Two transparent substrates 110 spaced apart from each other and sandwiching the flexible thermoelectric element 200 therebetween; The buffer layer 121 is disposed between the flexible thermoelectric element 200 and the two transparent substrates 110 and the buffer layer 121 and the semiconductor layer 122 are laminated on the transparent thermoelectric element 200, And a sacrificial layer 120 in contact with the transparent substrate 110, the semiconductor layer 122 being in contact with the transparent substrate 110.

상술한 바와 같은 제조방법을 통해, 도 2와 같은 유연 열전소자 구조체를 제공한 후, 상술한 레이저 조사를 이용하여, 유연 열전소자 구조체의 투명 기판(제1투명 기판 및 제2투명 기판)을 분리 제거할 수 있다.After providing the flexible thermoelectric element structure as shown in FIG. 2 through the above-described manufacturing method, the transparent substrate (the first transparent substrate and the second transparent substrate) of the flexible thermoelectric element structure is separated Can be removed.

이후, 투명 기판이 분리되어 수득되는 유연 열전소자의 표면에 잔류하는 반도체 물질(반도체층으로부터 기인함) 및 버퍼층 물질을 제거하는 단계가 수행될 수 있다. 반도체 물질과 버퍼층 물질의 제거는 식각을 통해 수행될 수 있으며, 식각은 특별히 한정되지 않으나, 반도체 물질이나 버퍼층 물질을 용해 제거하는 습식 식각 또는 물리 화학적 연마방식을 통해 수행될 수 있다. 투명 기판이 제거된 유연 열전소자는 매우 유연한 특성을 가짐에 따라, 습식식각 방식으로 잔류 물질(반도체 물질 및 버퍼층 물질)을 제거하는 것이 보다 좋으며, 습식 식각의 식각액은, 잔류 물질을 고려하여 적절히 선택될 수 있음은 물론이다. 구체적이며 비 한정적인 일 예로, 질산과 불산, 또는 불산을 포함하는 식각액을 들 수 있으나, 본 발명이 잔류물질을 제거하기 위한 식각액의 물질이나 조성에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.Thereafter, a step of removing the semiconductor material (due to the semiconductor layer) and the buffer layer material remaining on the surface of the flexible thermoelectric element obtained by separating the transparent substrate may be performed. The removal of the semiconductor material and the buffer layer material may be performed by etching, and the etching is not particularly limited, but may be performed by a wet etching method or a physicochemical polishing method in which a semiconductor material or a buffer layer material is dissolved and removed. Since the flexible thermoelectric element from which the transparent substrate is removed has a very flexible characteristic, it is better to remove the residual material (the semiconductor material and the buffer layer material) by the wet etching method, and the wet etching etchant is appropriately selected Of course. As a specific and non-limiting example, an etchant containing nitric acid, hydrofluoric acid, or hydrofluoric acid can be used. However, it is needless to say that the present invention can not be limited by the material or composition of the etchant for removing residual materials.

본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 유연 열전 소자는 열전 물질을 가로지르는 메쉬 형태의 지지체나, 전극 외부에서 전극과 열전물질을 지지하는 지지체가 구비되지 않음에 따라, 열전 물질 기둥의 고집적화가 가능하며, 뛰어난 유연성, 물리적 안정성과 강도를 동시에 가져 고도의 휘어짐이 반복적으로 발생하는 응용분야 매우 적합하며, 보다 경량화 가능하고, 향상된 열-전기 전환효율을 가질 수 있다. Since the flexible thermoelectric device manufactured according to an embodiment of the present invention does not have a mesh type support across the thermoelectric material or a support for supporting the electrode and the thermoelectric material outside the electrode, the thermoelectric material column can be highly integrated And is highly suitable for applications where high flexibility, physical stability, and strength are repeatedly caused by a high degree of warping, can be made lighter, and can have improved heat-electricity conversion efficiency.

석영(quart) 기판을 증착 챔버에 장입한 후, SiH4, H2 및 He의 혼합 가스를 사용하여 300 ℃ 온도 및 2 torr 압력 하에 50nm의 비정질 실리콘층을 형성하고, SiH4 와 N2O를 이용하여 400 ℃ 온도 및 2.8 torr 압력 하에 비정질 실리콘층 상에 1.1μm 두께의 실리콘 산화막을 증착하여 제1희생층을 제조하였다. 이후, 제1희생층의 실리콘 산화막에 유리 프릿(Glass frit) 2.4 중량%, 바인더인 니트로셀룰로오스 2.3 중량%, 비히클 20.3 중량% 및 구리 75 중량%으로 이루어진 구리 페이스트를 기 설정된 패턴으로 도포하고, 진공(10-2 torr 이하)에서 720℃로 20분 동안 열처리하여 제1전극을 제조하였다. 이와 유사하게 다른 석영 기판을 제2투명 기판으로, 제1기판과 동일하게 제2희생층을 형성하였으며, 제2희생층 상에 동일한 구리 패이스트를 기 설정된 패턴으로 도포하고 동일하게 열처리하여 제2전극을 제조하였다.After depositing a quartz substrate in a deposition chamber, a 50 nm amorphous silicon layer was formed at 300 ° C and a pressure of 2 torr using a mixed gas of SiH 4 , H 2, and He, and SiH 4 and N 2 O A first sacrificial layer was prepared by depositing a 1.1 μm thick silicon oxide film on the amorphous silicon layer at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 2.8 torr. Then, a copper paste composed of 2.4 wt% of glass frit, 2.3 wt% of nitrocellulose as a binder, 20.3 wt% of a vehicle and 75 wt% of copper was applied to the silicon oxide film of the first sacrificial layer in a predetermined pattern, (10 -2 torr or less) at 720 ° C for 20 minutes to prepare a first electrode. Similarly, another quartz substrate was formed as a second transparent substrate, a second sacrificial layer was formed in the same manner as the first substrate, the same copper paste was applied on the second sacrificial layer in a predetermined pattern, Electrode.

별도의 지지체(석영 기판)에 직경이 2 mm이며, 두께가 670 μm인 둥근 원기둥형태로 N형 열전물질을 형성하였다. 상세하게 유리 프릿 2.7 중량%, 바인더인 니트로셀룰로오스 2.1 중량%, 비히클 10.7 중량%, N형 열전물질 84.5 중량%으로 이루어진 N형 열전물질 페이스트를 지지체의 설정된 영역에 인쇄한 후, 불활성 분위기(N2, 110 torr)에서 510℃로 60분 동안 열처리하여, N형 열전물질 기둥 어레이를 제조하였다. 또한, 다른 별도의 지지체(다른 석영 기판)에 직경이 2 mm이며, 두께가 670 μm인 둥근 원기둥형태로 P형 열전물질을 형성하였다. 상세하게 N형 열전 물질 대신 P형 열전물질을 함유한 것을 제외하고 N형 열전물질 페이스트와 동일 조성을 갖는 P형 열전물질 페이스트를 지지체의 설정된 영역에 인쇄한 후, 불활성 분위기(N2, 110 torr)에서 500℃로 60분 동안 열처리하여 P형 열전물질 기둥 어레이를 제조하였다.An N type thermoelectric material was formed on a separate support (quartz substrate) in the form of a round cylinder having a diameter of 2 mm and a thickness of 670 μm. Specifically, the glass frit 2.7 wt%, the binder is nitrocellulose 2.1% by weight, and the vehicle 10.7% by weight, and N-type thermoelectric after the N-type thermoelectric material paste made of a material 84.5% by weight of printing to the set area of the support, in an inert atmosphere (N 2 , 110 torr) at 510 DEG C for 60 minutes to prepare an N-type thermoelectric material column array. Further, a P-type thermoelectric material was formed in the form of a round cylinder having a diameter of 2 mm and a thickness of 670 μm on another separate support (another quartz substrate). A P-type thermoelectric material paste having the same composition as that of the N-type thermoelectric material paste was printed on a predetermined area of the support, except that the P-type thermoelectric material was contained in place of the N-type thermoelectric material, and then an inert atmosphere (N 2 , 110 torr) To 500 캜 for 60 minutes to fabricate a p - type thermoelectric column array.

지지체상의 N형 열전물질 기둥 어레이와 제1투명기판의 제1전극 사이에 Sn96.5Ag3Cu0.5 페이스트를 도포하고, 불활성 기체 분위기(N2)에서 250 ℃로 1분 동안 열처리한 후 지지체를 제거하여, 제1단위체를 제조하였다. 동일한 방법으로, 다른 지지체상의 P형 열전물질 기둥 어레이를 제2전극에 접합 전사하여, 제2단위체를 제조하였다. A Sn 96.5 Ag 3 Cu 0.5 paste was applied between the N-type thermoelectric material column array on the support and the first electrode of the first transparent substrate and heat treated in an inert gas atmosphere (N 2 ) at 250 ° C for 1 minute, To prepare a first unit body. In the same manner, the P-type thermoelectric substance column array on another support was bonded and transferred to the second electrode to prepare a second unit body.

제1단위체에서 원기둥 형상의 N형 열전물질의 일 단 표면과, 제2단위체에서 원기둥 형상의 P형 열전물질의 일 단 표면에 은 페이스트를 도포한 후, 도 2 또는 도 3과 유사하게 N형 열전물질과 P형 열전물질이 서로 맞물리도록 제1단위체와 제2단위체를 결합한 후, 불활성 기체 분위기(N2)에서 250 ℃로 1분 동안 열처리하여 단위체들을 결합시켰다. 단위체를 결합시킨 후, 이를 폴리디메틸실록산 프리폴리머(프리폴리머 : DOW CORNING, SYLGARD184 SILICONE ELASTOMER BASE, 경화제 : DOW CORNING, SYLGARD184 SILICONE ELASTOMER CURING AGENT, 프리폴리머 : 경화제의 혼합 중량비= 10 : 1)의 충진액에 담궈 충진 후, 90℃로 30분동안 열처리하여 폴리디메틸실록산으로 충진된 유연 열전소자 구조체를 제조하였다.A silver paste is applied to one surface of a columnar n-type thermoelectric material in the first unit body and one surface of the cylindrical p-type thermoelectric material in the second unit body, and thereafter, The first unit and the second unit were bonded to each other so that the thermoelectric material and the P-type thermoelectric material were interlocked with each other, and then heat-treated at 250 ° C for 1 minute in an inert gas atmosphere (N 2 ). The monomer units were combined and immersed in a filling liquid of polydimethylsiloxane prepolymer (prepolymer: DOW CORNING, SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER BASE, curing agent: DOW CORNING, SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER CURING AGENT, prepolymer: curing agent mixing ratio = 10: And then heat-treated at 90 ° C for 30 minutes to prepare a flexible thermoelectric device structure filled with polydimethylsiloxane.

제조된 유연 열전소자 구조체의 투명 기판 쪽으로, 도 1을 통해 상술한 방법에 따라, XeCl excimer laser(308nm, 20Hz)를 조사하여 투명 기판을 박리시켰다. 이때, 정사각 형태의 레이저 스팟의 크기는 1.2mmx1.2mm였으며, 레이저의 이동 거리(x축 또는 y축)는 600μm였다. 1회 조사시의 레이저 파워(P0)는 700mJ/cm2이었다.The transparent substrate was peeled off by irradiating XeCl excimer laser (308 nm, 20 Hz) according to the method described above with reference to FIG. 1 toward the transparent substrate of the fabricated flexible thermoelectric device structure. At this time, the size of the square spot of the laser spot was 1.2 mm x 1.2 mm, and the travel distance (x axis or y axis) of the laser was 600 m. The laser power (P 0 ) at the time of one irradiation was 700 mJ / cm 2 .

투명 기판(퀄츠 기판)의 박리가 수행된 후, 질산, 불화수소 및 물이 10:15:75 중량비로 혼합된 에칭액과, 불화수소와 물이 1:10 중량비로 혼합된 에칭액을 이용하여, 잔류하는 실리콘 및 실리콘 산화물(버퍼층)을 제거하여, 유연 열전 소자를 제조하였다.After the separation of the transparent substrate (QUALTZ substrate), an etching solution in which nitric acid, hydrogen fluoride and water were mixed at a weight ratio of 10:15:75 and an etching solution in which hydrogen fluoride and water were mixed at a weight ratio of 1:10, Silicon oxide and silicon oxide (buffer layer) were removed to prepare a flexible thermoelectric device.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유연 열전 소자를 관찰한 광학사진이며, 도 4는 제조된 유연 열전 소자의 열구배에 따른 면적당 파워 및 질량당 파워를 도시한 도면으로, 25℃에서 4.78mW/cm2 및 20.3mW/g이라는 극히 높은 발전효율을 가짐을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유연 열전 소자의 벤딩 테스트한 후의 저항 변화를 측정한 그래프 및 벤딩 테스트 중의 광학 사진이다(도 5 및 도 6의 A-A', B-B'는 도 5의 광학 사진에 도시된 방향을 의미한다). 도 5의 결과와 같이, 극히 우수한 유연성과 물리적, 전기적 안정성을 가지며, 5mm의 벤딩 테스트가 수행되어도 물리적, 전기적 특성이 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. 도 6은 반복적인 벤딩 테스트 시의 전기적 특성 변화를 측정 도시한 도면으로, 도 6에서 알 수 있듯이, 30mm의 곡률로 10000회의 반복적 벤딩이 수행된 경우에도 저항 변화율이 15%이하임을 알 수 있다. 이를 통해, 유연 열전소자가 반복적인 물리적 변형에도 전기적 특성이 극히 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. FIG. 3 is an optical photograph of a flexible thermoelectric device manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing power per unit area and power per mass according to a thermal gradient of the manufactured flexible thermoelectric device, It has an extremely high power generation efficiency of 4.78 mW / cm 2 and 20.3 mW / g. FIG. 5 is a graph of a resistance change after bending test of a flexible thermoelectric element manufactured according to an embodiment of the present invention and an optical photograph during a bending test (FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B 'Quot; means the direction shown in the optical photograph of Fig. 5). As shown in FIG. 5, it has excellent flexibility, physical and electrical stability, and physical and electrical characteristics are stably maintained even if a bending test of 5 mm is performed. FIG. 6 is a graph showing changes in electrical characteristics at the time of repetitive bending test. As can be seen from FIG. 6, even when 10000 repetitive bending is performed with a curvature of 30 mm, the resistance change rate is 15% or less. As a result, it can be seen that the electrical characteristics of the flexible thermoelectric device are kept extremely stable even in repetitive physical deformation.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (16)

삭제delete a) 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및 상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하는 유연 열전소자 구조체를 제공하는 단계; 및
b) 상기 투명 기판을 통해 상기 반도체층으로 레이저를 조사하되, 반도체층의 반도체 물질이 결정화 또는 재결정화되도록 하기 관계식 1을 만족하는 레이저를 조사하여 투명 기판을 분리하는 단계;를 포함하는 유연 열전 소자의 제조방법.
(관계식 1)
100 mJ/cm2 ≤Pl≤ 5J/cm2
(관계식 1에서, Pl은 반도체층에 조사되는 레이저 파워이다)
a) flexible thermoelectric elements; Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And a semiconductor layer disposed between the flexible thermoelectric element and the two transparent substrates, the buffer layer being an insulating layer and the semiconductor layer being a mixed phase of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline, and the buffer layer being in contact with the flexible thermoelectric element, Providing a flexible thermoelectric element structure including a sacrificial layer having a layer in contact with the transparent substrate; And
b) separating the transparent substrate by irradiating a laser to the semiconductor layer through the transparent substrate and irradiating a laser satisfying Relation 1 to allow the semiconductor material of the semiconductor layer to crystallize or recrystallize, ≪ / RTI >
(Relational expression 1)
100 mJ / cm 2 ? P l ? 5J / cm 2
(In the relational expression 1, Pl is the laser power irradiated on the semiconductor layer)
제 2항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 조사된 레이저의 누적된 레이저 파워가 상기 관계식 1을 만족하도록, 2회 이상 레이저를 조사하는, 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the laser is irradiated twice or more so that the accumulated laser power of the irradiated laser satisfies the relational expression (1) in the step (b).
제 2항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 반도체층과 투명 기판 간의 계면을 기준 평면으로 하여, 기준 평면 내(in-plane) 서로 직교하는 제1 방향과 제2방향을 기준으로, 스팟(spot) 또는 라인(line)형상의 레이저가 기준 평면에 조사되도록 제1방향과 제2방향으로 이동 조사되되, 제1방향 또는 제2방향으로 이동시 스팟의 중심 또는 라인의 중심선의 이동 거리가 스팟의 폭 또는 라인의 폭보다 좁은 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
In the step b), a spot or a line is formed on the basis of the first direction and the second direction orthogonal to each other in-plane with the interface between the semiconductor layer and the transparent substrate as a reference plane, The moving distance of the center of the spot or the center line of the line when moving in the first direction or the second direction is smaller than the width of the spot or the width of the line A method of manufacturing a flexible thermoelectric device.
제 4항에 있어서,
상기 레이저의 이동 조사시, 하기 관계식 2를 만족하는, 유연 열전 소자의 제조방법.
(관계식 2)
0.2R0≤ Dl ≤0.8R0
(관계식 2에서, D1은 제1방향 또는 제2방향으로의 레이저 스팟의 중심 또는 라인의 중심의 이동거리이며, R0는 레이저 스팟의 폭 또는 레이저 라인의 폭이다)
5. The method of claim 4,
Satisfies the following relational expression (2) when the movement of the laser beam is irradiated.
(Relational expression 2)
0.2R 0 ? D l ? 0.8R 0
(In the equation 2, D1 is the laser movement distance of the center of the center or line of spots in the first direction or the second direction, R 0 is the width of the laser line width or of the laser spot)
제 2항에 있어서,
상기 레이저는 중심파장이 150 내지 400nm인 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the laser has a center wavelength of 150 to 400 nm.
제 6항에 있어서,
상기 레이저는 ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저, XeF 레이저 및 KrCl 레이저에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 유연 열전 소자의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the laser is selected from one or more of ArF laser, KrF laser, XeCl laser, XeF laser and KrCl laser.
제 2항에 있어서,
상기 반도체층은 열처리에 의해, 탈 수소화된 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor layer is dehydrogenated by heat treatment.
제 2항에 있어서,
상기 버퍼층의 열 전도도는 0.01 내지 300(Wm-1K-1)인 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the buffer layer has a thermal conductivity of 0.01 to 300 (Wm -1 K -1 ).
제 2항에 있어서,
상기 반도체층의 두께는 10nm 내지 1μm인 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the semiconductor layer is 10 nm to 1 占 퐉.
제 2항에 있어서,
상기 버퍼층의 두께는 0.5 내지 5μm인 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the buffer layer is 0.5 to 5 占 퐉.
제 2항에 있어서,
상기 버퍼층은 산화물 또는 질화물인 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the buffer layer is an oxide or a nitride.
제 2항에 있어서,
상기 반도체층의 반도체 물질은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 또는 실리콘게르마늄(SiGe)을 포함하는 4족 반도체; 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP) 또는 갈륨인(GaP)을 포함하는 3-5족 반도체; 황화카드뮴(CdS) 또는 텔루르화아연(ZnTe)을 포함하는 2-6족 반도체; 및 황화납(PbS)을 포함하는 4-6족 반도체;에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the semiconductor material of the semiconductor layer is a quaternary semiconductor including silicon (Si), germanium (Ge), or silicon germanium (SiGe); Group 3-5 semiconductors including gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), or gallium phosphide (GaP); Group 2-6 semiconductors including cadmium sulfide (CdS) or zinc telluride (ZnTe); And lead sulfide (PbS). 4. The method according to claim 1,
제 2항에 있어서,
상기 a) 단계는
a1) 서로 이격 배열된 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이 일 단과 결합하는 제1전극, 제1전극 하부에 위치하는 제1희생층이 형성된 제1투명기판, 상기 열전물질 기둥 어레이의 타 단과 결합하는 제2전극, 제2전극 상부에 위치하는 제2희생층이 형성된 제2투명기판을 포함하는 열전물질 기둥 어레이가 형성된 기판을 제조하는 단계; 및
a2) 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간에 충진물질을 형성하는 단계;를 포함하는 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
The step a)
a1) a thermoelectric material column array including at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material arranged apart from each other, a first electrode coupled to one end of the thermoelectric material column array, and a first sacrificial layer disposed under the first electrode, And a second transparent substrate having a first transparent substrate formed thereon, a second electrode coupled to the other end of the thermoelectric material column array, and a second sacrificial layer disposed over the second electrode, step; And
and a2) forming a filling material in a vacant space of the thermoelectric material column array.
제 2항에 있어서,
b) 단계 후,
상기 유연 열전 소자에 잔류하는 버퍼층의 버퍼 물질 및 반도체층으로부터 야기되는 반도체 물질을 에칭 제거하는 단계;를 더 포함하는 유연 열전 소자의 제조방법.
3. The method of claim 2,
After step b)
Etching the buffer material of the buffer layer remaining in the flexible thermoelectric element and the semiconductor material caused by the semiconductor layer.
서로 이격 배열된, 하나 이상의 N형 열전물질 및 P형 열전물질을 포함하는 열전물질 기둥 어레이, 상기 열전물질 기둥 어레이의 열전물질을 전기적으로 연결하는 전극, 및 적어도 상기 열전물질 기둥 어레이의 빈 공간을 충진하는 충진물질을 포함하는 유연 열전소자;
상기 유연 열전소자를 사이에 두고, 서로 이격 대향하는 두 투명기판; 및
상기 유연 열전 소자와 두 투명 기판 사이에 각각 위치하며, 단열체인 버퍼층과 비정질, 결정질 또는 비정질과 결정질의 혼합상인 반도체층이 적층된 적층층으로, 상기 버퍼층이 상기 유연 열전소자와 접하고, 상기 반도체층이 상기 투명 기판과 접하는 희생층;을 포함하고,
상기 충진물질은 실리콘계 폴리머, 올레핀계 탄성 폴리머 또는 폴리우레탄계 화합물이며,
상기 투명 기판을 통해 상기 반도체층으로 조사되는 레이저에 의해 상기 반도체층의 반도체 물질이 결정화 또는 재결정화되어 상기 투명 기판이 분리됨으로써 유연 열전소자가 제조되는 유연 열전소자 제조용 구조체.
A thermoelectric material column array comprising at least one N-type thermoelectric material and a P-type thermoelectric material spaced apart from each other, an electrode electrically connecting the thermoelectric material of the thermoelectric material column array, and at least an empty space of the thermoelectric material column array A flexible thermoelectric device including a filling material to be filled;
Two transparent substrates facing each other with the flexible thermoelectric element interposed therebetween; And
The buffer layer is in contact with the flexible thermoelectric element, and the buffer layer is disposed between the transparent thermoelectric element and the transparent substrate. The buffer layer is a laminated layer of amorphous, crystalline or amorphous and crystalline mixed layers. And a sacrificial layer in contact with the transparent substrate,
Wherein the filling material is a silicone-based polymer, an olefin-based elastic polymer, or a polyurethane-
Wherein the semiconductor material of the semiconductor layer is crystallized or recrystallized by a laser beam irradiated to the semiconductor layer through the transparent substrate, and the transparent substrate is separated to produce a flexible thermoelectric device.
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