KR102363105B1

KR102363105B1 - Thermoelectric device

Info

Publication number: KR102363105B1
Application number: KR1020160085798A
Authority: KR
Inventors: 문승언; 김준수; 이승민
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2022-02-17
Also published as: KR20170055404A

Abstract

본 발명은 열전 소자를 제공한다. 열전 소자는 서로 대향되는 상부 기판과 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치된 열전 변환부를 포함하고, 상기 열전 변환부는: 상기 하부 기판 상의 제1 전극; 상기 하부 기판 상에서 상기 제1 전극으로부터 제1 방향으로 이격 배치되는 제2 전극; 상기 하부 기판 상에서 상기 제1 및 제2 전극들로부터 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격 배치되는 제3 전극; 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극에 연결되는 제1 열전 부재; 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되고, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극에 연결되는 제2 열전 부재를 포함하고, 상기 하부 기판은 그의 내부를 관통하는 제1 하부 개구를 갖되, 상기 제1 하부 개구는 상기 제3 전극을 노출한다.The present invention provides a thermoelectric device. The thermoelectric element includes an upper substrate and a lower substrate facing each other; and a thermoelectric converter disposed between the upper substrate and the lower substrate, wherein the thermoelectric converter includes: a first electrode on the lower substrate; a second electrode spaced apart from the first electrode in a first direction on the lower substrate; a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate; a first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and connected to the first electrode and the third electrode; and a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and connected to the second electrode and the third electrode, wherein the lower substrate has a first lower opening penetrating the interior thereof. , the first lower opening exposes the third electrode.

Description

Thermoelectric device

본 발명은 열전 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a thermoelectric device.

열전 소자는 열 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 소자이다. 열전 소자는 최근 청정 에너지 지향 정책으로 인하여 많은 관심을 받고 있다. 열전 효과(Thermoelectric effect)는 1800년대에 토마스 지백(Thomas Seebeck)에 의해 발견되었다. 지백은 비스무스와 구리를 연결하고 그 안에 나침반을 배치하였다. 상기 비스무스의 한 쪽을 뜨겁게 가열하면 온도 차로 인하여 전류가 유도된다. 상기 유도 전류로 인하여 발생하는 자기장에 의하여 나침반이 움직임으로써 상기 열전 효과가 발견되었다.A thermoelectric element is a device that converts thermal energy into electrical energy. Thermoelectric devices have recently received a lot of attention due to clean energy-oriented policies. The thermoelectric effect was discovered by Thomas Seebeck in the 1800s. Jibaek connected bismuth to copper and placed a compass in it. When one side of the bismuth is heated hot, an electric current is induced due to the temperature difference. The thermoelectric effect was discovered as the compass moved by the magnetic field generated by the induced current.

열전 효율에 대한 지표로는 ZT(figure of merit) 값이 사용된다. A figure of merit (ZT) value is used as an index for thermoelectric efficiency.

ZT = S²*σ*T/κ (S: 제백 계수, σ: 전기 전도도, T: 절대 온도, κ: 열전도율)ZT = S²*σ*T/κ (S: Seebeck coefficient, σ: electrical conductivity, T: absolute temperature, κ: thermal conductivity)

ZT값은 제백 계수(Seebeck Coefficent)의 제곱과 전기 전도도에 비례한다. 상기 ZT값은 열전도도에 반비례한다. 금속은 제벡 계수가 낮고 위더만-프란츠 법칙(Wiedemann Franz law)에 따라 전기전도도와 열전도율이 비례한다. 이에 따라, 금속의 ZT값 향상은 한계가 있어, 최근에 절대 온도의 차를 이용한 연구가 진행 중인 추세이다. The ZT value is proportional to the square of the Seebeck Coefficent and electrical conductivity. The ZT value is inversely proportional to the thermal conductivity. Metals have a low Seebeck coefficient, and electrical conductivity and thermal conductivity are proportional to each other according to the Wiedemann-Franz law. Accordingly, there is a limit to the improvement of the ZT value of metals, and research using the absolute temperature difference is in progress.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효율적인 열전 발전을 하는 열전 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric device that efficiently generates thermoelectric power.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 열전 소자는, 서로 대향되는 상부 기판과 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에 배치된 열전 변환부를 포함하고, 상기 열전 변환부는: 상기 하부 기판 상의 제1 전극; 상기 하부 기판 상에서 상기 제1 전극으로부터 제1 방향으로 이격 배치되는 제2 전극; 상기 하부 기판 상에서 상기 제1 및 제2 전극들로부터 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격 배치되는 제3 전극; 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극에 연결되는 제1 열전 부재; 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되고, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극에 연결되는 제2 열전 부재를 포함하고, 상기 하부 기판은 그의 내부를 관통하는 제1 하부 개구를 갖되, 상기 제1 하부 개구는 상기 제3 전극을 노출한다. A thermoelectric device according to the present invention includes an upper substrate and a lower substrate facing each other; and a thermoelectric converter disposed between the upper substrate and the lower substrate, wherein the thermoelectric converter includes: a first electrode on the lower substrate; a second electrode spaced apart from the first electrode in a first direction on the lower substrate; a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate; a first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and connected to the first electrode and the third electrode; and a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and connected to the second electrode and the third electrode, wherein the lower substrate has a first lower opening penetrating the interior thereof. , the first lower opening exposes the third electrode.

일 실시예에서, 상기 하부 기판은 상기 제1 하부 개구를 채우는 제1 열 전달 물질을 포함하되, 상기 제1 열 전달 물질은 상기 하부 기판보다 작은 열 전도율을 가질 수 있다. In an embodiment, the lower substrate may include a first heat transfer material filling the first lower opening, and the first heat transfer material may have a lower thermal conductivity than the lower substrate.

일 실시예에서, 상기 열전 변환부와 상기 상부 기판 사이에 배치되는 단열 부재; 및 상기 단열 부재와 상기 상부 기판 사이에 배치되는 히트 싱크를 더 포함하고, 상기 단열 부재는 그의 내부를 관통하는 관통 홀을 갖되, 상기 관통 홀은 상기 제2 전극을 노출하고, 상기 히트 싱크는 상기 관통 홀에 삽입되는 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부는 상기 제2 전극과 접촉할 수 있다. In an embodiment, a heat insulating member disposed between the thermoelectric converter and the upper substrate; and a heat sink disposed between the heat insulating member and the upper substrate, wherein the heat insulating member has a through hole passing therethrough, the through hole exposing the second electrode, and the heat sink It includes a protrusion inserted into the through hole, wherein the protrusion may contact the second electrode.

일 실시예에서, 상기 히트 싱크는 상기 단열 부재보다 열 전도율이 클 수 있다. In an embodiment, the heat sink may have a higher thermal conductivity than the heat insulating member.

일 실시예에서, 상기 하부 기판은 상기 제1 및 제2 전극들 아래에 위치하는 복수의 제2 하부 개구들을 갖고, 상기 제2 하부 개구들 내에 배치되어 상기 제1 및 제2 전극들로 열을 공급하는 복수의 열 공급 부재들을 더 포함할 수 있다. In an embodiment, the lower substrate has a plurality of second lower openings positioned under the first and second electrodes, and is disposed in the second lower openings to transfer heat to the first and second electrodes. It may further include a plurality of heat supply members for supplying.

일 실시예에서, 상기 열 공급부재들은 상기 제1 및 제2 전극들과 이격될 수 있다.In an embodiment, the heat supply members may be spaced apart from the first and second electrodes.

일 실시예에서, 상기 상부 기판은: 그의 내부를 관통하여 상기 제3 전극을 노출하는 상부 개구; 및 상기 상부 개구를 채우는 제2 열 전달 물질을 포함하되, 상기 제2 열 전달 물질은 상기 상부 기판보다 큰 열 전도율을 가질 수 있다. In an embodiment, the upper substrate may include: an upper opening penetrating an interior thereof to expose the third electrode; and a second heat transfer material filling the upper opening, wherein the second heat transfer material may have a greater thermal conductivity than that of the upper substrate.

일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 기판들은 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다. In an embodiment, the upper and lower substrates may include poly-dimethyllesiloxane (PDMS) or polyurethane.

일 실시예에서, 상기 제1 열전 부재는 제1 도전형 반도체을 포함하고, 상기 제2 열전 부재는 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형 반도체을 포함할 수 있다. In an embodiment, the first thermoelectric member may include a first conductivity type semiconductor, and the second thermoelectric member may include a second conductivity type semiconductor different from the first conductivity type.

일 실시예에서, 상기 제1 도전형 반도체은 P형 반도체 및 N형 반도체 중 하나이고, 상기 제2 도전형 반도체는 상기 P형 반도체 및 상기 N형 반도체 중 나머지 하나일 수 있다.In an embodiment, the first conductivity-type semiconductor may be one of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and the second conductivity-type semiconductor may be the other one of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor.

일 실시예에서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 상기 하부 기판의 상면과 평행한 방향일 수 있다.In an embodiment, the first direction and the second direction may be parallel to the upper surface of the lower substrate.

일 실시예에서, 상기 열전 변환부와 상기 제1 하부 개구는 각각 복수 개 제공될 수 있다. In an embodiment, a plurality of the thermoelectric converter and the first lower opening may be provided, respectively.

본 발명에 따른 열전 소자는, 서로 대향된 상부 기판과 하부 기판; 상기 상부 기판와 상기 하부 기판 사이에 배치된 열전 변환부; 상기 열전 변환부와 상기 상부 기판 사이에 배치된 단열 부재; 및 상기 단열 부재와 상기 상부 기판 사이에 배치된 히트 싱크를 포함하고, 상기 열전 변환부는: 상기 하부 기판 상의 제1 전극;상기 하부 기판 상에서 상기 제1 전극으로부터 제1 방향에 이격 배치되는 제2 전극; 상기 하부 기판 상에서 상기 제1 및 제2 전극들로부터 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향에 이격 배치되는 제3 전극; 상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극에 접촉되는 제1 열전 부재; 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되어, 상기 제2 전극과 상기 제3 전극에 접촉되는 제2 열전 부재를 포함하고, 상기 단열 부재는 그의 내부를 관통하는 관통 홀을 갖되, 상기 관통 홀은 상기 제3 전극을 노출하고, 상기 히트 싱크는 상기 관통 홀에 삽입되는 돌출부를 포함하되, 상기 돌출부는 상기 제3 전극과 접촉한다. A thermoelectric device according to the present invention includes an upper substrate and a lower substrate facing each other; a thermoelectric converter disposed between the upper substrate and the lower substrate; a heat insulating member disposed between the thermoelectric converter and the upper substrate; and a heat sink disposed between the heat insulating member and the upper substrate, wherein the thermoelectric converter includes: a first electrode on the lower substrate; a second electrode on the lower substrate spaced apart from the first electrode in a first direction ; a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate; a first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and in contact with the first electrode and the third electrode; and a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and in contact with the second electrode and the third electrode, wherein the heat insulating member has a through hole penetrating the inside thereof, the The through hole exposes the third electrode, and the heat sink includes a protrusion inserted into the through hole, wherein the protrusion contacts the third electrode.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 열전 소자에 따르면, 열전 부재들의 양끝단의 온도 차가 크게 유지될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자는 효율적인 열전 발전을 할 수 있다. According to the thermoelectric element of the present invention, a large temperature difference between both ends of the thermoelectric members may be maintained. Accordingly, the thermoelectric element may efficiently generate thermoelectric power.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자를 이용한 열전 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 열전 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 열전 소자 중 하부 기판과 열전 변환부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2의 열전 소자 중 하부 기판을 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 도 2의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 6는 도 2의 II-II' 선에 따른 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 9는 도 7의 II-II' 선에 따른 단면도이다.
도 10는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 11의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 1 is a view for explaining a thermoelectric power generation device using a thermoelectric element according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the thermoelectric generator of FIG. 1 .
3 is a plan view illustrating a lower substrate and a thermoelectric conversion unit among the thermoelectric elements of FIG. 2 .
4 is a plan view illustrating a lower substrate of the thermoelectric element of FIG. 2 .
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2 .
6 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 2 .
7 is a view showing a thermoelectric power generation device according to embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 7 .
9 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 7 .
10 is a view showing a thermoelectric power generation device according to embodiments of the present invention.
11 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 11 .

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, acts and/or elements in the stated element, step, operation and/or element. or addition is not excluded.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 열전 소자를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a thermoelectric element according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자를 이용한 열전 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 도 1의 열전 발전 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view for explaining a thermoelectric power generation device using a thermoelectric element according to embodiments of the present invention. FIG. 2 is a view showing the thermoelectric generator of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100)를 이용하는 열전 발전 장치(10)가 제공될 수 있다. 열전 발전 장치(10)는 결합 부재(20)에 의해 인체(H)에 착용 가능하도록 구성될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예에서, 열전 발전 장치(10)는 발열하는 전자 기기 등의 발열체에 설치될 수 있다. 1 and 2 , a thermoelectric generator 10 using the thermoelectric element 100 according to embodiments of the present invention may be provided. The thermoelectric generator 10 may be configured to be wearable on the human body H by the coupling member 20 . Alternatively, in another embodiment, the thermoelectric generator 10 may be installed in a heating element such as an electronic device that generates heat.

열전 발전 장치(10)는 열전 소자(100), 도선들(200) 및 전자 유닛(300)를 포함할 수 있다. 열전 발전 장치(10)는 인체(H)의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 변환된 전기 에너지를 전자 유닛(300)에 공급할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 전자 유닛(300)는 축전지(storage battery)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The thermoelectric generator 10 may include a thermoelectric element 100 , conductive wires 200 , and an electronic unit 300 . The thermoelectric generator 10 may convert thermal energy of the human body H into electrical energy and supply the converted electrical energy to the electronic unit 300 . According to embodiments of the present invention, the electronic unit 300 may be a storage battery, but is not limited thereto.

열전 소자(100)는 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크 효과를 이용하여, 열 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 기능을 수행할 수 있다. 열전 소자(100)는 서로 대향된 하부 기판(110)과 상부 기판(130)을 포함할 수 있다.열전 소자(110)는 하부 기판(100)과 상부 기판(130) 사이에 배치된 한 쌍의 연결 전극들(171, 172)을 포함할 수 있다. 또한, 열전 소자(100)는 하부 기판(110)과 상부 기판(130) 사이에 배치된 열전 변환부(120)를 포함할 수 있다. 열전 변환부(120)는 연결 전극들(171, 172) 사이에 배치될 수 있다. The thermoelectric element 100 may perform a function of converting thermal energy into electrical energy by using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference. The thermoelectric element 100 may include a lower substrate 110 and an upper substrate 130 facing each other. The thermoelectric element 110 is a pair of pairs disposed between the lower substrate 100 and the upper substrate 130 . Connection electrodes 171 and 172 may be included. In addition, the thermoelectric element 100 may include a thermoelectric converter 120 disposed between the lower substrate 110 and the upper substrate 130 . The thermoelectric converter 120 may be disposed between the connection electrodes 171 and 172 .

본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100)는 인체(H)의 피부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 인체(H)의 온도는 대략 36.5도일 수 있고, 대기의 온도는 인체의 온도보다 낮은 대략 20도일 수 있다. 열전 소자(100)의 온도는 인체(H)의 온도보다 낮고, 대기의 온도보다 클 수 있다. 이하, 인체(H)는 고온 영역이라 지칭하고, 대기는 저온 영역이라 지칭한다. The thermoelectric element 100 according to embodiments of the present invention may be configured to be in contact with the skin of the human body H. The temperature of the human body H may be approximately 36.5 degrees, and the temperature of the atmosphere may be approximately 20 degrees lower than the temperature of the human body. The temperature of the thermoelectric element 100 may be lower than the temperature of the human body H and greater than the temperature of the atmosphere. Hereinafter, the human body H is referred to as a high temperature region, and the atmosphere is referred to as a low temperature region.

본 발명의 실시예들에 따르면, 하부 기판(110)은 고온 영역과 접촉할 수 있고, 상부 기판(130)은 저온 영역과 접촉할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 하부 기판(110)은 저온 영역과 접촉할 수 있고, 상부 기판(130)은 고온 영역과 접촉할 수 있다. 이하, 다른 설명이 없는 한, 하부 기판(110)은 고온 영역과 접촉되고, 상부 기판(130)은 저온 영역과 접촉되는 것으로 가정한다. According to embodiments of the present invention, the lower substrate 110 may contact the high temperature region, and the upper substrate 130 may contact the low temperature region. Alternatively, in other embodiments, the lower substrate 110 may contact the low temperature region, and the upper substrate 130 may contact the high temperature region. Hereinafter, unless otherwise described, it is assumed that the lower substrate 110 is in contact with the high temperature region and the upper substrate 130 is in contact with the low temperature region.

일반적으로 열 에너지는 열 평형을 위해 고온에서 저온으로 이동한다. 그러므로, 본 발명의 실시예들에 따른 하부 기판(110)은 고온 영역으로부터 열 에너지를 공급받을 수 있고, 상부 기판(130)은 저온 영역으로 열 에너지를 방출할 수 있다. 즉, 하부 기판(110)의 온도는 높아질 수 있고, 상부 기판(130)의 온도는 낮아질 수 있다. 이에 따라, 하부 기판(110)과 상부 기판(130) 간에 온도 차가 발생할 수 있다. In general, thermal energy moves from a high temperature to a low temperature for thermal equilibrium. Therefore, the lower substrate 110 according to embodiments of the present invention may receive thermal energy from the high temperature region, and the upper substrate 130 may emit thermal energy to the low temperature region. That is, the temperature of the lower substrate 110 may be increased, and the temperature of the upper substrate 130 may be decreased. Accordingly, a temperature difference may occur between the lower substrate 110 and the upper substrate 130 .

열전 소자(100)는 상부 기판(130) 및 하부 기판(110) 간의 온도 차를 이용하여, 전기 에너지를 발생시킬 수 있다. 열전 소자(100)가 전기 에너지를 생성하는 과정에 대해서는 후술한다. The thermoelectric element 100 may generate electrical energy by using a temperature difference between the upper substrate 130 and the lower substrate 110 . A process in which the thermoelectric element 100 generates electrical energy will be described later.

열전 소자(100)에서 생성된 전기 에너지는 도선들(200)을 통해 전자 장치(300)로 공급될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 전기 에너지는 축전지(storage battery)에 저장될 수 있다. Electrical energy generated by the thermoelectric element 100 may be supplied to the electronic device 300 through the conductive wires 200 . According to embodiments of the present invention, electrical energy may be stored in a storage battery.

도 3은 도 2의 열전 소자 중 하부 기판과 열전 변환부를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 열전 소자 중 하부 기판을 설명하기 위한 평면도이다. 도 5는 도 2의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 도 6는 도 2의 II-II' 선에 따른 단면도이다. 3 is a plan view illustrating a lower substrate and a thermoelectric conversion unit among the thermoelectric elements of FIG. 2 . 4 is a plan view illustrating a lower substrate of the thermoelectric element. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2 . 6 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 2 .

도 2 내지 도 6을 참조하면, 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 열전 변환부들(120a~120c), 연결 전극들(171, 172), 상부 기판(130) 및 열 공급부재들(140)를 포함할 수 있다. 2 to 6 , the thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110, thermoelectric converters 120a to 120c, connection electrodes 171 and 172, an upper substrate 130, and heat supply members ( 140) may be included.

복수의 열전 변환부들(120)은 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 열전 변환부들(120)의 각각은 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123), 제1 열전 부재(124) 및 제2 열전 부재(125)를 포함할 수 있다. The plurality of thermoelectric converters 120 may be disposed on the lower substrate 110 . Each of the thermoelectric converters 120 may include a first electrode 121 , a second electrode 122 , a third electrode 123 , a first thermoelectric member 124 , and a second thermoelectric member 125 . .

본 발명의 실시예들에 따르면 열전 변환부들(120)은 12개 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 내지 제3 열전 변환부들(120a~120c)은 하부 기판(110)의 상면과 평형한 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 또한, 제1 방향(D1)을 따라 배열된 제1 내지 제3 열전 변환부들(120a~120c)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 방향(D1)을 따라 배열된 제1 내지 제3 열전 변환부들(120a~120c)은 제1 열전 변환 세트라고 지칭할 수 있다. 제1 열전 변환 세트는 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 열전 변환부들(120)은 하부 기판(110)과 상부 기판(130) 사이에서 매트릭스 구조로 배열될 수 있다. 종래의 열전 소자는 제1 전극(121), 제1 열전 부재(124) 및 제3 전극(123)이 하부 기판(110)의 상면과 수직하게 배열될 수 있다. 또한, 제2 전극(122), 제2 열전 부재(124) 및 제3 전극(123)이 하부 기판(110)의 상면과 수직하게 배열될 수 있다. 종래의 열전 소자는 수직형 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자(100)는 제1 전극(121), 제1 열전 부재(124) 및 제3 전극(123)이 제2 방향(D2)을 따라 하부 기판(110)의 상면과 평행하게 배열될 수 있다. 또한, 열전 소자(100)는 제2 전극들(122), 제2 열전 부재(124) 및 제3 전극(123)이 제2 방향(D2)를 따라 하부 기판(110)의 상면과 평행하게 배열될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100)는 수평형 구조로 형성될 수 있다. According to embodiments of the present invention, 12 thermoelectric conversion units 120 may be provided, but the present invention is not limited thereto. The first to third thermoelectric converters 120a to 120c may be arranged along the first direction D1 parallel to the upper surface of the lower substrate 110 . Also, the first to third thermoelectric converters 120a to 120c arranged along the first direction D1 may be electrically connected to each other. Also, the first to third thermoelectric conversion units 120a to 120c arranged along the first direction D1 may be referred to as a first thermoelectric conversion set. The first thermoelectric conversion set may be arranged along the second direction. The thermoelectric converters 120 may be arranged in a matrix structure between the lower substrate 110 and the upper substrate 130 . In the conventional thermoelectric element, the first electrode 121 , the first thermoelectric member 124 , and the third electrode 123 may be arranged perpendicular to the upper surface of the lower substrate 110 . In addition, the second electrode 122 , the second thermoelectric member 124 , and the third electrode 123 may be arranged perpendicular to the upper surface of the lower substrate 110 . A conventional thermoelectric element may be formed in a vertical structure. However, as shown in FIG. 3 , in the thermoelectric element 100 according to the embodiment of the present invention, the first electrode 121 , the first thermoelectric member 124 , and the third electrode 123 move in the second direction D2 . ) may be arranged parallel to the upper surface of the lower substrate 110 . In addition, in the thermoelectric element 100 , the second electrodes 122 , the second thermoelectric member 124 , and the third electrode 123 are arranged in parallel with the upper surface of the lower substrate 110 in the second direction D2 . can be Accordingly, the thermoelectric element 100 according to the embodiments of the present invention may be formed in a horizontal structure.

수평형 구조의 열전 소자(100)의 두께는 수직형 구조의 종래의 열전 소자의 두께보다 얇을 수 있다. 여기서, 상기 두께는 제3 방향(D3)으로의 열전 소자(100)의 길이를 의미할 수 있다. The thickness of the thermoelectric element 100 having a horizontal structure may be thinner than that of a conventional thermoelectric element having a vertical structure. Here, the thickness may mean the length of the thermoelectric element 100 in the third direction D3.

제1 전극(121)은 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(121)은 제1 열전 부재(124)와 연결될 수 있다. 제2 전극(122)은 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(122)은 제2 열전 부재(125)와 연결될 수 있다. The first electrode 121 may be disposed on the lower substrate 110 . The first electrode 121 may be connected to the first thermoelectric member 124 . The second electrode 122 may be disposed on the lower substrate 110 . The second electrode 122 may be connected to the second thermoelectric member 125 .

제2 전극(122)은 제1 전극(121)으로부터 제1 방향(D1)으로 이격 배치될 수 있다. 제1 열전 변환부(120a)의 제2 전극(122)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 제2 열전 변환부(120b)의 제1 전극(121)과 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 열전 변환부(120a)의 제2 전극은(122)은 제1 방향(D1)으로 인접하는 제2 열전 변환부(120b)의 제1 전극(121)과 하나의 도전체로 형성될 수 있다.The second electrode 122 may be disposed to be spaced apart from the first electrode 121 in the first direction D1 . The second electrode 122 of the first thermoelectric converter 120a may be connected to the first electrode 121 of the second thermoelectric converter 120b adjacent in the first direction D1 . According to embodiments of the present invention, the second electrode 122 of the first thermoelectric conversion unit 120a is the first electrode 121 of the second thermoelectric conversion unit 120b adjacent in the first direction D1. and a single conductor.

제3 전극(123)은 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제3 전극(123)은 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)으로부터 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 이격 배치될 수 있다. 제3 전극(123)은 제1 및 제2 열전 부재(124, 125)와 공통적으로 연결될 수 있다. The third electrode 123 may be disposed on the lower substrate 110 . The third electrode 123 may be spaced apart from the first electrode 121 and the second electrode 122 in a second direction D2 perpendicular to the first direction D1 . The third electrode 123 may be commonly connected to the first and second thermoelectric members 124 and 125 .

연결 전극들(171, 172)은 도선들(200, 도 2 참조)과 연결될 수 있다. 또한, 연결 전극들(171, 172) 중 어느 하나는 적어도 하나의 제1 전극(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 전극들(171, 172) 중 나머지 하나는 적어도 하나의 제2 전극(122)과 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 열전 변환부(120a)의 제1 전극(121)과 제3 열전 변환부(120c)의 제2 전극(122)들이 연결 전극들(171, 172)의 각각에 연결될 수 있다. The connection electrodes 171 and 172 may be connected to the conductive wires 200 (refer to FIG. 2 ). Also, any one of the connection electrodes 171 and 172 may be electrically connected to the at least one first electrode 121 . The other one of the connection electrodes 171 and 172 may be electrically connected to the at least one second electrode 122 . According to embodiments of the present invention, the first electrode 121 of the first thermoelectric conversion unit 120a and the second electrodes 122 of the third thermoelectric conversion unit 120c are connected to the connecting electrodes 171 and 172 . can be connected to each.

제1 내지 제3 전극들(121~123), 및 연결 전극들(171, 172)은 도전체일 수 있다. 제1 내지 제3 전극들(121~123), 및 연결 전극들(171, 172)은 금속, 도전성 금속 질화물, 또는 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 내지 제3 전극들(121~123), 및 연결 전극들(171, 172)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The first to third electrodes 121 to 123 and the connection electrodes 171 and 172 may be conductors. The first to third electrodes 121 to 123 and the connection electrodes 171 and 172 may include a metal, a conductive metal nitride, or a doped semiconductor material. For example, the first to third electrodes 121 to 123 and the connection electrodes 171 and 172 may include aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), titanium (Ti), and silver (Ag). ), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), carbon (C), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), iridium (Ir), ruthenium (Ru), zinc (Zn), tin (Sn) ) and at least one of indium (In).

도 3을 참조하면, 제1 및 제2 열전 부재들(124, 125)은 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 열전 부재들(124, 125)은 제2 방향(D2)으로 길쭉하게 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 열전 부재들(124, 125)은 하부 기판(110)의 상면과 수평하게 배치될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the first and second thermoelectric members 124 and 125 may be disposed on the lower substrate 110 . The first and second thermoelectric members 124 and 125 may be elongated in the second direction D2 . Also, the first and second thermoelectric members 124 and 125 may be disposed horizontally with the upper surface of the lower substrate 110 .

제1 열전 부재(124)는 제1 전극(121)과 제3 전극(123) 사이에 배치되어, 제1 전극(121)과 제3 전극(123)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 열전 부재(124)의 일단은 제1 전극(121)과 연결되고, 제1 열전 부재(124)의 타단은 제3 전극(123)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 열전 부재(124)는 제1 및 제3 전극들(121, 123)로부터 열 에너지를 전달받을 수 있다. The first thermoelectric member 124 may be disposed between the first electrode 121 and the third electrode 123 to be connected to the first electrode 121 and the third electrode 123 . For example, one end of the first thermoelectric member 124 may be connected to the first electrode 121 , and the other end of the first thermoelectric member 124 may be connected to the third electrode 123 . Accordingly, the first thermoelectric member 124 may receive thermal energy from the first and third electrodes 121 and 123 .

제2 열전 부재(125)는 제2 전극(122)과 제3 전극(123) 사이에 배치되어, 제2 전극(122)과 제3 전극(123)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 제2 열전 부재의 일단은 제2 전극(122)과 연결되고, 제2 열전 부재(125)의 타단은 제3 전극(123)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 열전 부재(125)는 제2 및 제3 전극들(122, 123)로부터 열 에너지를 전달받을 수 있다. The second thermoelectric member 125 may be disposed between the second electrode 122 and the third electrode 123 to be connected to the second electrode 122 and the third electrode 123 . For example, one end of the second thermoelectric member may be connected to the second electrode 122 , and the other end of the second thermoelectric member 125 may be connected to the third electrode 123 . Accordingly, the second thermoelectric member 125 may receive thermal energy from the second and third electrodes 122 and 123 .

제2 열전 부재(125)는 제1 열전 부재(124)로부터 제1 방향(D1)으로 이격 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 열전 부재들(124, 125)는 물리적으로 분리될 수 있다. 제1 및 제2 열전 부재들(124, 125)는 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge)을 포함하는 반도체들일 수 있다. 제1 열전 부재(124)는 제1 도전형 반도체를 포함할 수 있다. 제2 열전 부재(125)는 제1 도전형과 다른 제2 도전형 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체는 P형 반도체 및 N형 반도체 중 어느 하나이고, 제2 도전형 반도체는 P형 반도체 및 N형 반도체 중 나머지 하나일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면 제1 열전 부재(124)는 P형 반도체를 포함하고, 제2 열전 부재(125)는 N형 반도체를 포함할 수 있다. 제1 열전 부재(124)의 P형 도펀트 농도는 약 5*10 atm/cm³일 수 있다. 제 2 열전 부재의 N형 도펀트 농도는 약 5*10 atm/cm³일 수 있다.The second thermoelectric member 125 may be spaced apart from the first thermoelectric member 124 in the first direction D1 . That is, the first and second thermoelectric members 124 and 125 may be physically separated. The first and second thermoelectric members 124 and 125 may be semiconductors including silicon (Si) or germanium (Ge). The first thermoelectric member 124 may include a first conductivity type semiconductor. The second thermoelectric member 125 may include a semiconductor of a second conductivity type different from that of the first conductivity type. The first conductivity-type semiconductor may be any one of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor, and the second conductivity-type semiconductor may be the other one of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. According to embodiments of the present invention, the first thermoelectric member 124 may include a P-type semiconductor, and the second thermoelectric member 125 may include an N-type semiconductor. The P-type dopant concentration of the first thermoelectric member 124 may be about 5*10 atm/cm3. The N-type dopant concentration of the second thermoelectric member may be about 5*10 atm/cm3.

하부 기판(110)은 반도체 기판, 절연된 반도체 기판, 또는 절연 기판일 수 있다. 하부 기판(110)은 그의 내부를 관통하는 적어도 하나의 제1 하부 개구(111)를 가질 수 있다. 제1 하부 개구(111)는 제3 전극(123)과 대응되게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 하부 개구(111)는 제2 전극(122)의 하부를 노출시킬 수 있다. 즉, 제1 하부 개구(111)는 홀일 수 있다. 제1 하부 개구(111)는 하부 기판(110)의 하면(110b)으로부터 제3 전극(123)을 향해 연장될 수 있다. 제1 하부 개구(111)는 하부 기판(110)의 하면(110b)으로부터 수직할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 제1 하부 개구(111)는 하부 기판(110)의 하면(110b)으로부터 경사질 수 있다.The lower substrate 110 may be a semiconductor substrate, an insulated semiconductor substrate, or an insulating substrate. The lower substrate 110 may have at least one first lower opening 111 passing therethrough. The first lower opening 111 may be disposed to correspond to the third electrode 123 . Accordingly, the first lower opening 111 may expose a lower portion of the second electrode 122 . That is, the first lower opening 111 may be a hole. The first lower opening 111 may extend from the lower surface 110b of the lower substrate 110 toward the third electrode 123 . The first lower opening 111 may be perpendicular to the lower surface 110b of the lower substrate 110 , but is not limited thereto, and the first lower opening 111 is inclined from the lower surface 110b of the lower substrate 110 . can

본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 하부 개구(111)는 내부에 공기가 채워질 수 있다. 공기는 하부 기판(110)의 열 전도율 보다 작을 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 제1 하부 개구(111)는 내부에 제1 열 전달 물질이 채워질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 하부 개구들(111)는 제1 방향 및 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 즉, 제1 하부 개구들(111)은 매트릭스 구조로 배열될 수 있다. According to embodiments of the present invention, the first lower opening 111 may be filled with air therein. Air may have a lower thermal conductivity than the lower substrate 110 . Alternatively, in other embodiments, the first lower opening 111 may be filled with a first heat transfer material therein. 4 , the first lower openings 111 may be arranged in the first direction and the second direction D2 . That is, the first lower openings 111 may be arranged in a matrix structure.

하부 기판(110)은 열 공급 부재들(140)의 각각이 삽입되는 복수의 제2 하부 개구들(112)을 가질 수 있다. 제2 하부 개구들(122)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)의 아래에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제2 하부 개구들(122)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)을 비 노출하는 홈일 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예들에서, 제2 하부 개구들(122)는 제1 및 제2 전극들(121, 122)을 노출하는 홀일 수 있다. The lower substrate 110 may have a plurality of second lower openings 112 into which each of the heat supply members 140 is inserted. The second lower openings 122 may be disposed under the first and second electrodes 121 and 122 . According to embodiments of the present invention, the second lower openings 122 may be grooves that do not expose the first and second electrodes 121 and 122 . Alternatively, in other embodiments, the second lower openings 122 may be holes exposing the first and second electrodes 121 and 122 .

하부 기판(110)은 유연한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 기판(110)은 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다. PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)은 공기보다 열 전도율이 클 수 있다. 이에 따라, 하부 기판(110)은 공기보다 큰 열 전도율을 가지면서, 용이하게 구부러질 수 있다. 하부 기판(110)은 하부에 접착제(미도시)가 배치될 수 있다. The lower substrate 110 may include a flexible material. For example, the lower substrate 110 may include poly-dimethyllesiloxane (PDMS) or polyurethane. Poly-dimethyllesiloxane (PDMS) or polyurethane may have a higher thermal conductivity than air. Accordingly, the lower substrate 110 may be easily bent while having a higher thermal conductivity than air. An adhesive (not shown) may be disposed on the lower substrate 110 .

상부 기판(130)은 열전 변환부들(120) 상에 배치될 수 있다. 즉, 상부 기판(130)은 열전 변환부들(120)을 덮을 수 있다. 상부 기판(130)은 반도체 기판, 절연된 반도체 기판, 또는 절연 기판일 수 있다. 상부 기판(130)은 유연한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상부 기판(130)은 PDMS(Poly-Dimethyllesiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상부 기판(130)은 공기보다 큰 열 전도율을 가지면서, 용이하게 구부러질 수 있다. The upper substrate 130 may be disposed on the thermoelectric converters 120 . That is, the upper substrate 130 may cover the thermoelectric converters 120 . The upper substrate 130 may be a semiconductor substrate, an insulated semiconductor substrate, or an insulating substrate. The upper substrate 130 may include a flexible material. For example, the upper substrate 130 may include poly-dimethyllesiloxane (PDMS) or polyurethane. Accordingly, the upper substrate 130 may be easily bent while having a higher thermal conductivity than air.

열 공급 부재들(140)은 제2 하부 개구들(112) 내에 배치되어, 제1 및 제2 전극들(121, 122)의 각각에 열을 공급할 수 있다. 여기서, 열은 열 에너지를 의미할 수 있다. 열 공급 부재들(140)는 내부에 고온의 물 또는 공기가 유동하는 복수의 히트 파이프들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The heat supply members 140 may be disposed in the second lower openings 112 to supply heat to each of the first and second electrodes 121 and 122 . Here, heat may mean thermal energy. The heat supply members 140 may include a plurality of heat pipes through which high-temperature water or air flows, but is not limited thereto.

전술한 바와 같이, 제2 하부 개구들(112)은 홈으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 열 공급 부재들(140)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)과 이격될 수 있다. 열 공급 부재들(140)이 제1 및 제2 전극들(121, 122)과 이격됨으로써, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 열 공급 부재들(140)에 의한 손상을 방지할 수 있다.As described above, the second lower openings 112 may be formed as grooves. Accordingly, the heat supply members 140 may be spaced apart from the first and second electrodes 121 and 122 . Since the heat supply members 140 are spaced apart from the first and second electrodes 121 and 122 , the first and second electrodes 121 and 122 may be prevented from being damaged by the heat supply members 140 . can

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100)의 작용을 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. The operation of the thermoelectric element 100 according to embodiments of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 to 6 .

하부 기판(110)은 고온 영역에 배치될 수 있다. 상부 기판(130)은 저온 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 고온 영역의 열 에너지는 하부 기판(110)에 전달될 수 있다. 하부 기판(110)과 직접 연결된 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 하부 기판(110)을 통해 고온 영역의 열 에너지를 전달받을 수 있다. 그러나, 제3 전극(123)은 제1 하부 개구(111)의 내의 공기를 통해 고온 영역의 열 에너지를 전달받을 수 있다. 전술한 바와 같이, 공기는 하부 기판(110)보다 열 전도율이 작기 때문에, 제3 전극(123)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)보다 고온 영역의 열 에너지를 적게 전달받을 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극들(121, 122)의 온도는 제3 전극(123)의 온도보다 높을 수 있다. 즉, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간에 온도차가 발생하고, 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도차가 발생할 수 있다. 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도차와 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도차 때문에, 열전 변환부들(120)은 전기 에너지를 생성할 수 있다. The lower substrate 110 may be disposed in a high temperature region. The upper substrate 130 may be disposed in a low temperature region. Accordingly, thermal energy of the high temperature region may be transferred to the lower substrate 110 . The first and second electrodes 121 and 122 directly connected to the lower substrate 110 may receive thermal energy of a high temperature region through the lower substrate 110 . However, the third electrode 123 may receive thermal energy of the high temperature region through the air in the first lower opening 111 . As described above, since air has a lower thermal conductivity than the lower substrate 110 , the third electrode 123 may receive less thermal energy in the high-temperature region than the first and second electrodes 121 and 122 . . Accordingly, the temperature of the first and second electrodes 121 and 122 may be higher than that of the third electrode 123 . That is, a temperature difference may occur between the first and third electrodes 121 and 123 , and a temperature difference may occur between the second and third electrodes 122 and 123 . Due to the temperature difference between the first and third electrodes 121 and 123 and the temperature difference between the second and third electrodes 122 and 123 , the thermoelectric converters 120 may generate electrical energy.

본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 열전 부재(124)는 P형 반도체를 포함하고, 제2 열전 부재(125)는 N형 반도체를 포함할 수 있다. 제2 열전 부재(125)의 전자는 제1 전극(121)으로부터 전달받은 열 에너지에 의해 여기되어, 제3 전극(123)를 향해 이동할 수 있다. 제2 열전 부재(125)의 전자는 제3 전극(123)으로부터 전달받은 열 에너지에 의해 여기되어, 제1 전극(121)를 향해 이동할 수 있다. 그러나, 제1 전극(121)이 제3 전극(123)보다 더 많은 열 에너지를 제2 열전 부재(125)에 전달함으로써, 제3 전극(123)으로 이동하는 전자가 제1 전극(121)로 이동하는 전자보다 많다. 이에 따라, 열전 변환부(120)는 제1 전극(121)에서 제3 전극(123)을 경유하여 제2 전극(123)으로 흐르는 전류를 생성할 수 있다. 즉, 열전 변환부(120)은 전기 에너지를 생성할 수 있다. 또한, 상기 온도 차가 클수록 열전 변환부(120)가 생성하는 전기 에너지는 커질 수 있다. 그러므로, 열전 소자(100)는 상기 온도 차를 크게 유지하는 것이 중요하다. According to embodiments of the present invention, the first thermoelectric member 124 may include a P-type semiconductor, and the second thermoelectric member 125 may include an N-type semiconductor. Electrons of the second thermoelectric member 125 may be excited by thermal energy transferred from the first electrode 121 to move toward the third electrode 123 . Electrons of the second thermoelectric member 125 may be excited by thermal energy transferred from the third electrode 123 to move toward the first electrode 121 . However, since the first electrode 121 transfers more thermal energy than the third electrode 123 to the second thermoelectric member 125 , electrons moving to the third electrode 123 are transferred to the first electrode 121 . There are more electrons than moving electrons. Accordingly, the thermoelectric converter 120 may generate a current flowing from the first electrode 121 to the second electrode 123 via the third electrode 123 . That is, the thermoelectric converter 120 may generate electrical energy. In addition, as the temperature difference increases, the electric energy generated by the thermoelectric converter 120 may increase. Therefore, it is important for the thermoelectric element 100 to maintain the temperature difference large.

또한, 열 공급 부재들(140)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)에 열을 공급할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도 차는 더 커질 수 있다. 또한, 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도차도 더 커질 수 있다. 즉, 열전 변환부들(120)에서 생성된 전기 에너지는 증가할 수 있다. Also, the heat supply members 140 may supply heat to the first and second electrodes 121 and 122 . Accordingly, the temperature difference between the first and third electrodes 121 and 123 may become larger. In addition, a temperature difference between the second and third electrodes 122 and 123 may be increased. That is, the electrical energy generated by the thermoelectric converters 120 may increase.

이와 달리, 하부 기판(110)이 저온 영역에 배치되고, 상부 기판(130)이 고온 영역에 배치될 수 있다. 이때, 열 공급 부재들(140)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)에 열 공급을 중단할 수 있다. 제1 내지 제3 전극들(121~123)은 상부 기판(130)을 통해 고온 영역의 열 에너지를 전달받을 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 전극들(121~123)은 대략 동일한 열 에너지를 전달받을 수 있다. Alternatively, the lower substrate 110 may be disposed in the low temperature region, and the upper substrate 130 may be disposed in the high temperature region. In this case, the heat supply members 140 may stop supplying heat to the first and second electrodes 121 and 122 . The first to third electrodes 121 to 123 may receive thermal energy of a high temperature region through the upper substrate 130 . In this case, the first to third electrodes 121 to 123 may receive approximately the same thermal energy.

또한, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 하부 기판(110)을 통해 저온 영역으로 열 에너지를 전달할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 제3 전극(123)은 제1 하부 개구(111) 내의 공기를 통해 저온 영역으로 열 에너지를 전달할 수 있다. 그러나, 공기는 하부 기판(110)보다 열 전도율이 낮기 때문에, 제3 전극(123)은 저온 영역으로 제1 및 제2 전극들(121, 122)보다 열 에너지를 적게 전달할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전극들(121, 122)의 온도는 제3 전극(123)의 온도보다 낮을 수 있다. 즉, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간에 온도 차가 발생할 수 있고, 제2 및 3 전극들(122, 123) 간에 온도 차가 발생할 수 있다. 상기 온도 차가 발생함으로써, 열전 변환부(120)는 전기 에너지를 생성할 수 있다. Also, the first and second electrodes 121 and 122 may transfer thermal energy to the low-temperature region through the lower substrate 110 . According to embodiments of the present invention, the third electrode 123 may transfer thermal energy to the low-temperature region through the air in the first lower opening 111 . However, since air has a lower thermal conductivity than the lower substrate 110 , the third electrode 123 may transmit less thermal energy to the low-temperature region than the first and second electrodes 121 and 122 . Accordingly, the temperature of the first and second electrodes 121 and 122 may be lower than that of the third electrode 123 . That is, a temperature difference may occur between the first and third electrodes 121 and 123 , and a temperature difference may occur between the second and third electrodes 122 and 123 . As the temperature difference occurs, the thermoelectric converter 120 may generate electrical energy.

예를 들면, 제1 열전 부재(124)는 P형 반도체를 포함하고, 제2 열전 부재(125)는 N형 반도체를 포함할 수 있다. 제2 열전 부재(125)의 전자는 제3 전극(123) 으로부터 열 에너지를 전달받아, 여기될 수 있다. 여기된 전자는 제2 전극(122)으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 열전 변환부(120)는 제1 방향(D1)과 반대 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 즉, 열전 변환부(120)는 전기 에너지를 생성할 수 있다.For example, the first thermoelectric member 124 may include a P-type semiconductor, and the second thermoelectric member 125 may include an N-type semiconductor. Electrons of the second thermoelectric member 125 may be excited by receiving thermal energy from the third electrode 123 . The excited electrons may move to the second electrode 122 . Accordingly, in the thermoelectric converter 120 , a current may flow in a direction opposite to the first direction D1 . That is, the thermoelectric converter 120 may generate electrical energy.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 발전 장치를 도시한 도면이다. 도 8은 도 7의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 도 9는 도 7의 II-II' 선에 따른 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 2 내지 도 6를 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.7 is a diagram illustrating a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 7 . 9 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 7 . For brevity of description, descriptions of components substantially the same as those of the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 6 will be omitted or briefly described.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100a)는 하부 기판(110), 열전 변환부(120) 및 상부 기판(130)을 포함할 수 있다. 열전 소자(100)는 열 공급 부재(140), 단열 부재(150) 및 히트 싱크(160)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 하부 기판(110)은 제1 하부 개구(111)를 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예에서, 하부 기판(110)은 제1 하부 개구(111)를 가지지 않을 수 있다. 또한, 하부 기판(110)은 복수의 제2 하부 개구들(112)을 가질 수 있다. 7 to 9 , the thermoelectric element 100a according to embodiments of the present invention may include a lower substrate 110 , a thermoelectric converter 120 , and an upper substrate 130 . The thermoelectric element 100 may further include a heat supply member 140 , a heat insulating member 150 , and a heat sink 160 . The lower substrate 110 according to embodiments of the present invention may have a first lower opening 111 . Alternatively, in another embodiment, the lower substrate 110 may not have the first lower opening 111 . Also, the lower substrate 110 may have a plurality of second lower openings 112 .

단열 부재(150)는 열전 변환부(120) 상에 배치될 수 있다. 단열 부재(150)는 상부 기판(130)과 열전 변환부(120) 사이에 배치될 수 있다. 단열 부재(150)는 열전 변환부(120)와 상부 기판(130) 사이에 이동하는 열 에너지를 차단할 수 있다. 단열 부재(150)는 열 전도율이 나쁜 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 단열 부재(150)는 코르크, 펠트, 탄화코르크, 고무, 석면, 유리솜, 석영솜, 규조토, 탄산마그네슘, 마그네시아, 규산칼슘, 펄라이트, 규산 나트륨(sodium silicate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The heat insulating member 150 may be disposed on the thermoelectric converter 120 . The heat insulating member 150 may be disposed between the upper substrate 130 and the thermoelectric converter 120 . The heat insulating member 150 may block thermal energy moving between the thermoelectric converter 120 and the upper substrate 130 . The heat insulating member 150 may include a material having poor thermal conductivity. For example, the insulating member 150 includes at least one of cork, felt, carbide cork, rubber, asbestos, glass wool, quartz wool, diatomaceous earth, magnesium carbonate, magnesia, calcium silicate, perlite, and sodium silicate. can do.

단열 부재(150)는 제3 전극(123)과 대응되는 위치에 관통 홀(151)을 가질 수 있다. 즉, 단열 부재(150)는 제3 전극(123) 위에 배치될 수 있다. 이에 따라, 관통홀(151)은 제3 전극(123)의 상부를 노출시킬 수 있다. The heat insulating member 150 may have a through hole 151 at a position corresponding to the third electrode 123 . That is, the heat insulating member 150 may be disposed on the third electrode 123 . Accordingly, the through hole 151 may expose an upper portion of the third electrode 123 .

히트 싱크(160)는 단열 부재(150) 상에 배치될 수 있다. 히트 싱크(160)는 단열 부재(150)와 상부 기판(130) 사이에 배치될 수 있다. 히트 싱크(160)는 단열 부재(150)보다 열전도율이 매우 클 수 있다. 또한, 히트 싱크(160)는 상부 기판(130)보다 열 전도율이 클 수 있다. 히트 싱크(160)는 열 전도율이 우수한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 히트 싱크(160)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 재질을 포함할 수 있다. 히트 싱크(160)는 베이스부(161)와 적어도 하나의 돌출부(162)를 포함할 수 있다. The heat sink 160 may be disposed on the heat insulating member 150 . The heat sink 160 may be disposed between the heat insulating member 150 and the upper substrate 130 . The heat sink 160 may have significantly greater thermal conductivity than the heat insulating member 150 . Also, the heat sink 160 may have higher thermal conductivity than the upper substrate 130 . The heat sink 160 may include a material having excellent thermal conductivity. For example, the heat sink 160 may include a metal material such as gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu). The heat sink 160 may include a base portion 161 and at least one protrusion 162 .

베이스부(161)는 상부 기판(130)의 형상과 대응될 수 있다. 예를 들면, 상부 기판(130) 및 베이스부(161)는 사각형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 베이스부(161)의 상면은 상부 기판(130)의 하면과 접촉할 수 있다. 또한, 베이스부(161)는 상부 기판(160)과 접촉하는 면적 클수록 상부 기판(130)으로 열 전달 효율이 증가할 수 있다. The base portion 161 may correspond to the shape of the upper substrate 130 . For example, the upper substrate 130 and the base portion 161 may have a rectangular shape, but is not limited thereto. The upper surface of the base part 161 may contact the lower surface of the upper substrate 130 . In addition, as the area of the base part 161 in contact with the upper substrate 160 increases, heat transfer efficiency to the upper substrate 130 may increase.

돌출부(162)는 베이스부(161)의 하면으로부터 제3 전극(123)의 상부를 향해 돌출될 수 있다. 돌출부(162)는 관통 홀(151) 내에 삽입되어, 제3 전극(123)의 상부와 직접 접촉될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 히트 싱크(160)는 3개의 돌출부들(162)을 포함할 수 있다. The protrusion 162 may protrude from the lower surface of the base 161 toward the upper portion of the third electrode 123 . The protrusion 162 may be inserted into the through hole 151 to directly contact an upper portion of the third electrode 123 . As shown in FIG. 8 , the heat sink 160 may include three protrusions 162 .

상기 기판(130)이 저온 영역에 배치될 때, 상부 기판(130)의 온도는 열전 변환부(120)의 온도보다 낮을 수 있다. 열 에너지는 열전 변환부(120)로부터 상부 기판(130)을 경유하여 저온 영역으로 방출될 수 있다. 상세하게, 히트 싱크(160)는 제3 전극(122)의 열 에너지를 상부 기판(130)으로 전달할 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 단열 부재(150)에 의해 상부 기판(130)으로 열 에너지를 거의 전달하지 못할 수 있다. 상부 기판(130)은 저온 영역으로 제3 전극(123)의 열 에너지를 방출할 수 있다.When the substrate 130 is disposed in the low temperature region, the temperature of the upper substrate 130 may be lower than the temperature of the thermoelectric converter 120 . Thermal energy may be emitted from the thermoelectric converter 120 to the low-temperature region via the upper substrate 130 . In detail, the heat sink 160 may transfer thermal energy of the third electrode 122 to the upper substrate 130 . However, the first and second electrodes 121 and 122 may hardly transmit thermal energy to the upper substrate 130 by the heat insulating member 150 . The upper substrate 130 may radiate the thermal energy of the third electrode 123 to the low-temperature region.

또한, 하부 기판(110)은 고온 영역에 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 전극들(121, 122) 은 고온 영역으로부터 제3 전극(123)보다 많은 열 에너지를 전달받을 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 열 공급 부재들(140)로부터 열 에너지를 공급받을 수 있다. Also, the lower substrate 110 may be disposed in a high temperature region. As described above, the first and second electrodes 121 and 122 may receive more thermal energy than the third electrode 123 from the high temperature region. Also, the first and second electrodes 121 and 122 may receive thermal energy from the heat supply members 140 .

이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도 차는 도 2의 열전 소자(100)보다 클 수 있다. 또한, 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도 차는 도 2의 열전 소자(100) 클 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100a)는 도 2의 열전 소자(100)보다 많은 전기 에너지를 생성할 수 있다. Accordingly, the temperature difference between the first and third electrodes 121 and 123 according to embodiments of the present invention may be greater than that of the thermoelectric element 100 of FIG. 2 . Also, the temperature difference between the second and third electrodes 122 and 123 may be large in the thermoelectric element 100 of FIG. 2 . Accordingly, the thermoelectric element 100a according to embodiments of the present invention may generate more electrical energy than the thermoelectric element 100 of FIG. 2 .

도 10는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전 장치를 나타낸 도면이다. 도 11은 도 10의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.10 is a view showing a thermoelectric power generation device according to embodiments of the present invention. 11 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 10 . For brevity of description, the description of components substantially the same as those of the embodiment described with reference to FIGS. 2 to 6 will be omitted or briefly described.

도 10 및 도 11을 참조하면, 열전 소자(100b)는 하부 기판(110), 복수의 열전 변환부들(120), 연결 전극들(171, 172) 및 상부 기판(130)을 포함할 수 있다. 열전 변환부들(120)의 각각은 제1 전극(121), 제2 전극(122), 제3 전극(123), 제1 열전 부재(124, 도 3 참조), 및 제2 열전 부재(125, 도 3 참조)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 하부 기판(110)은 제1 하부 개구(111)를 가질 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예에서, 하부 기판(110)은 제1 하부 개구(111)를 가지지 않을 수 있다. 또한, 제1 하부 개구(111)는 내부에 제1 열 전달 물질(113)이 채워질 수 있다. 제1 열 전달 물질(113)은 하부 기판(110)보다 열 전도율이 작을 수 있다.10 and 11 , the thermoelectric element 100b may include a lower substrate 110 , a plurality of thermoelectric conversion units 120 , connection electrodes 171 and 172 , and an upper substrate 130 . Each of the thermoelectric conversion units 120 includes a first electrode 121 , a second electrode 122 , a third electrode 123 , a first thermoelectric member 124 (refer to FIG. 3 ), and a second thermoelectric member 125 , 3) may be included. According to embodiments of the present invention, the lower substrate 110 may have a first lower opening 111 . Alternatively, in another embodiment, the lower substrate 110 may not have the first lower opening 111 . In addition, the first lower opening 111 may be filled with a first heat transfer material 113 therein. The first heat transfer material 113 may have a lower thermal conductivity than the lower substrate 110 .

상부 기판(130)은 제3 전극(123)과 대응되는 위치에 적어도 하나의 상부 개구(131)를 가질 수 있다. 상세하게, 상부 개구(131)은 상부 기판(130)의 상면으로부터 제3 전극(123)을 향해 연장될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 개구(131)은 상부 기판(130)의 상면으로부터 제3 전극(123)을 향해 수직하게 연장될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시예에서, 상부 개구(131)은 상부 기판(130)의 상면으로부터 제3 전극을 향해 경사지게 연장될 수 있다. 상부 개구(131)은 제3 전극(123)의 상부를 노출할 수 있다. 예를 들면, 상부 개구(131)는 홀일 수 있다. The upper substrate 130 may have at least one upper opening 131 at a position corresponding to the third electrode 123 . In detail, the upper opening 131 may extend from the upper surface of the upper substrate 130 toward the third electrode 123 . According to embodiments of the present invention, the upper opening 131 may extend vertically from the top surface of the upper substrate 130 toward the third electrode 123 . Alternatively, in another embodiment, the upper opening 131 may extend from the upper surface of the upper substrate 130 to be inclined toward the third electrode. The upper opening 131 may expose an upper portion of the third electrode 123 . For example, the upper opening 131 may be a hole.

상부 개구(131)는 내부에 제2 열 전달 물질(132)이 채워질 수 있다. 제2 열 전달 물질(132)은 상부 기판(130)의 열 전도율보다 높을 수 있다. 예를 들면, 제2 열 전달 물질(132)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 제3 전극(123)이 제1 및 제2 전극들(121, 122)보다 신속하게 열 에너지를 전달하거나 전달받을 수 있다. 제2 열 전달 물질(132)는 제3 전극(123)의 상부와 직접 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 열 전달 물질(132)는 제3 전극(123)으로부터 열 에너지를 전달 받거나 전달할 수 있다. The upper opening 131 may be filled with a second heat transfer material 132 therein. The second heat transfer material 132 may have a higher thermal conductivity than that of the upper substrate 130 . For example, the second heat transfer material 132 may be gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), or the like, but is not limited thereto. Accordingly, the third electrode 123 may transmit or receive thermal energy more rapidly than the first and second electrodes 121 and 122 . The second heat transfer material 132 may be directly connected to an upper portion of the third electrode 123 . Accordingly, the second heat transfer material 132 may receive or transmit thermal energy from the third electrode 123 .

본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 기판(130)은 12개의 상부 개구들(131)을 갖는다. 12개의 상부 개구들(131)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 배열된다. 즉, 상부 개구들(131)은 매트릭스 구조로 배열될 수 있다. According to embodiments of the present invention, the upper substrate 130 has 12 upper openings 131 . The 12 upper openings 131 are arranged in the first direction D1 and the second direction D2 . That is, the upper openings 131 may be arranged in a matrix structure.

본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 하부 기판(110)을 통해 고온 영역의 열 에너지를 전달받을 수 있다. 또한, 제3 전극(123)은 제1 하부 개구(111) 내의 제1 열 전달 물질(113)을 통해 고온 영역의 열 에너지를 전달받을 수 있다. 그러나, 제1 열 전달 물질이 하부 기판(110)보다 열 전도율이 작기 때문에, 제3 전극(123)은 제1 및 제2 전극들(121, 122)보다 고온 영역의 열 에너지를 적게 전달받을 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도 차가 발생하고, 제2 및 제3 전극들(122, 123)간의 온도 차가 발생할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the first and second electrodes 121 and 122 may receive thermal energy of a high temperature region through the lower substrate 110 . Also, the third electrode 123 may receive thermal energy of the high temperature region through the first heat transfer material 113 in the first lower opening 111 . However, since the first heat transfer material has a lower thermal conductivity than the lower substrate 110 , the third electrode 123 may receive less heat energy in the high temperature region than the first and second electrodes 121 and 122 . there is. Accordingly, a temperature difference may occur between the first and third electrodes 121 and 123 , and a temperature difference may occur between the second and third electrodes 122 and 123 .

또한, 제1 및 제2 전극들(121, 122)은 열 공급 부재들(140)로부터 열 에너지를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도 차는 더 커질 수 있다. 또한, 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도 차는 더 커질 수 있다. Also, the first and second electrodes 121 and 122 may receive thermal energy from the heat supply members 140 . Accordingly, the temperature difference between the first and third electrodes 121 and 123 may become larger. Also, a temperature difference between the second and third electrodes 122 and 123 may be increased.

제1 및 제2 전극들(121, 122)은 상부 기판(130)을 통해 저온 영역으로 열 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 제3 전극(123)은 제2 열 전달물질(132)을 통해 저온 영역으로 열 에너지를 전달할 수 있다. 제2 열 전달 물질(132)이 상부 기판(130)보다 열 전도율이 크기 때문에, 제3 전극(123)은 저온 영역으로 제1 및 제2 전극들(121, 122)보다 많은 열 에너지를 전달할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 전극들(121, 123) 간의 온도 차는 더 커질 수 있다. 제2 및 제3 전극들(122, 123) 간의 온도 차도 더 커질 수 있다.The first and second electrodes 121 and 122 may transfer thermal energy to the low-temperature region through the upper substrate 130 . Also, the third electrode 123 may transfer thermal energy to the low-temperature region through the second heat transfer material 132 . Since the second heat transfer material 132 has higher thermal conductivity than the upper substrate 130 , the third electrode 123 may transfer more heat energy to the low-temperature region than the first and second electrodes 121 and 122 . there is. Accordingly, the temperature difference between the first and third electrodes 121 and 123 may become larger. A temperature difference between the second and third electrodes 122 and 123 may also be increased.

본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자(100b)에서 생성된 전기 에너지는 도 2의 열전 소자(100)에서 생성된 전기 에너지보다 클 수 있다. The electrical energy generated by the thermoelectric device 100b according to embodiments of the present invention may be greater than the electrical energy generated by the thermoelectric device 100 of FIG. 2 .

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and in the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

10: 열전 발전 장치 100~100c: 열전 소자
110: 하부 기판 111: 제1 하부 개구
112: 제2 하부 개구 113: 제1 열 전달 물질
120: 열전 변환부 121: 제1 전극들
122: 제2 전극 124: 제1 열전 부재
125: 제2 열전 부재 130: 상부 기판
131: 상부 개구 132: 제2 열 전달 물질
140: 열 공급 부재들 150: 단열 부재
151: 관통 홀 160: 히트 싱크
161: 베이스부 162: 돌출부
200: 도선들 300: 전자 유닛10: thermoelectric generator 100 to 100c: thermoelectric element
110: lower substrate 111: first lower opening
112: second lower opening 113: first heat transfer material
120: thermoelectric conversion unit 121: first electrodes
122: second electrode 124: first thermoelectric member
125: second thermoelectric member 130: upper substrate
131: upper opening 132: second heat transfer material
140: heat supply members 150: heat insulating member
151: through hole 160: heat sink
161: base portion 162: protrusion
200: conductors 300: electronic unit

Claims

an upper substrate and a lower substrate facing each other;
a thermoelectric converter disposed between the upper substrate and the lower substrate;
a heat insulating member disposed between the thermoelectric converter and the upper substrate; and
a heat sink disposed between the heat insulating member and the upper substrate;
The thermoelectric conversion unit:
a first electrode on the lower substrate and in contact with the lower substrate;
a second electrode disposed on the lower substrate to be spaced apart from the first electrode in a first direction and in contact with the lower substrate;
a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate;
A first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and connected to the first electrode and the third electrode, the first electrode, the first thermoelectric member, and the third electrode include the second electrode arranged parallel to the upper surface of the lower substrate along the direction; and
a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and connected to the second electrode and the third electrode, wherein the second electrode, the second thermoelectric member, and the third electrode include arranged parallel to the upper surface of the lower substrate along the second direction;
The lower substrate has a first lower opening penetrating the interior thereof, the first lower opening exposing the third electrode,
The heat insulating member has a through hole penetrating the inside thereof, the through hole exposing the second electrode,
The heat sink may include a protrusion inserted into the through hole, wherein the protrusion is in contact with the second electrode.

According to claim 1,
The lower substrate includes a first heat transfer material filling the first lower opening, wherein the first heat transfer material has a lower thermal conductivity than the lower substrate.

delete

According to claim 1,
The heat sink is a thermoelectric element having a higher thermal conductivity than the heat insulating member.

According to claim 1,
the lower substrate has a plurality of second lower openings positioned under the first and second electrodes;
and a plurality of heat supply members disposed in the second lower openings to supply heat to the first and second electrodes.

6. The method of claim 5,
The heat supply members are spaced apart from the first and second electrodes.

an upper substrate and a lower substrate facing each other; and
and a thermoelectric conversion unit disposed between the upper substrate and the lower substrate,
The thermoelectric conversion unit:
a first electrode on the lower substrate;
a second electrode spaced apart from the first electrode in a first direction on the lower substrate;
a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate;
a first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and connected to the first electrode and the third electrode; and
a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and connected to the second electrode and the third electrode;
the lower substrate has a first lower opening penetrating the inside thereof, the first lower opening exposing the third electrode;
The upper substrate includes:
an upper opening penetrating therethrough to expose the third electrode; and
a second heat transfer material filling the upper opening;
The second heat transfer material has a thermal conductivity greater than that of the upper substrate.

According to claim 1,
The upper and lower substrates are a thermoelectric device including poly-dimethyllesiloxane (PDMS) or polyurethane.

According to claim 1,
The first thermoelectric member includes a first conductivity type semiconductor;
and the second thermoelectric member includes a semiconductor of a second conductivity type different from that of the first conductivity type.

10. The method of claim 9,
The first conductivity type semiconductor is one of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor,
The second conductivity type semiconductor is the other one of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor.

According to claim 1,
The first direction and the second direction are directions parallel to the upper surface of the lower substrate.

According to claim 1,
The thermoelectric conversion unit and the first lower opening are each provided in plurality.

an upper substrate and a lower substrate facing each other;
a thermoelectric converter disposed between the upper substrate and the lower substrate;
a heat insulating member disposed between the thermoelectric converter and the upper substrate; and
a heat sink disposed between the heat insulating member and the upper substrate;
The thermoelectric conversion unit:
a first electrode on the lower substrate; a second electrode spaced apart from the first electrode in a first direction on the lower substrate;
a third electrode spaced apart from the first and second electrodes in a second direction perpendicular to the first direction on the lower substrate;
a first thermoelectric member disposed between the first electrode and the third electrode and in contact with the first electrode and the third electrode; and
a second thermoelectric member disposed between the second electrode and the third electrode and in contact with the second electrode and the third electrode;
The heat insulating member has a through hole penetrating the inside thereof, the through hole exposing the third electrode,
The heat sink may include a protrusion inserted into the through hole, wherein the protrusion is in contact with the third electrode.