KR102459951B1 - Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same - Google Patents
Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102459951B1 KR102459951B1 KR1020160017426A KR20160017426A KR102459951B1 KR 102459951 B1 KR102459951 B1 KR 102459951B1 KR 1020160017426 A KR1020160017426 A KR 1020160017426A KR 20160017426 A KR20160017426 A KR 20160017426A KR 102459951 B1 KR102459951 B1 KR 102459951B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thermoelectric
- weight
- parts
- conductive polymer
- thin film
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910002909 Bi-Te Inorganic materials 0.000 claims abstract 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 26
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 24
- YMMGRPLNZPTZBS-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[2,3-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=C1C=CS2 YMMGRPLNZPTZBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- DIOYAVUHUXAUPX-KHPPLWFESA-N Oleoyl sarcosine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(=O)N(C)CC(O)=O DIOYAVUHUXAUPX-KHPPLWFESA-N 0.000 description 7
- XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L phthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O XNGIFLGASWRNHJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 3
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KCXZNSGUUQJJTR-UHFFFAOYSA-N Di-n-hexyl phthalate Chemical compound CCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCC KCXZNSGUUQJJTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FLKPEMZONWLCSK-UHFFFAOYSA-N diethyl phthalate Chemical compound CCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC FLKPEMZONWLCSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-M 2-methylbenzenesulfonate Chemical compound CC1=CC=CC=C1S([O-])(=O)=O LBLYYCQCTBFVLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M Butyrate Chemical compound CCCC([O-])=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Natural products CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZVFDTKUVRCTHQE-UHFFFAOYSA-N Diisodecyl phthalate Chemical compound CC(C)CCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC(C)C ZVFDTKUVRCTHQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WEXGFAMYUUXYSJ-UHFFFAOYSA-N bis(2-methylpropyl) benzene-1,2-dicarboxylate 3,4-bis(2-methylpropyl)phthalic acid Chemical compound C(C(C)C)C=1C(=C(C(C(=O)O)=CC1)C(=O)O)CC(C)C.C(C=1C(C(=O)OCC(C)C)=CC=CC1)(=O)OCC(C)C WEXGFAMYUUXYSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 235000021323 fish oil Nutrition 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L35/12—
-
- H01L35/02—
-
- H01L35/16—
-
- H01L35/18—
-
- H01L35/24—
-
- H01L35/32—
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막은 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함한다.The thermoelectric thin film according to an embodiment of the present invention includes a Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at a boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material.
Description
본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자에 포함되는 열전 박막에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device, and more particularly, to a thermoelectric thin film included in the thermoelectric device.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.The thermoelectric phenomenon is a phenomenon that occurs by the movement of electrons and holes inside a material, and refers to direct energy conversion between heat and electricity.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등이 있다.A thermoelectric element is a generic term for a device using a thermoelectric phenomenon. A device using a temperature change in electrical resistance, a device using the Seebeck effect, a phenomenon in which an electromotive force is generated by a temperature difference, and the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption or heat is generated by an electric current. There are devices using .
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있으며, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are being widely applied to home appliances, electronic parts, and communication parts, and the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함한다. 열전 레그는 열전소자의 성능을 좌우하는 중요한 지표일 수 있다. 일반적으로, 열전 레그는 열전 소재, 용제 및 바인더 등을 혼합하여 열전 페이스트를 합성한 후, 열처리하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, 열처리하는 과정에서 바인더가 연소되며, 바인더가 연소된 자리에 공극이 발생할 수 있다. 이러한 공극은 열전 소재 간의 상호작용을 방해하므로, 열전 성능을 낮추는 역할을 할 수 있다. A thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg. The thermoelectric leg may be an important indicator influencing the performance of the thermoelectric element. In general, the thermoelectric leg may be obtained by mixing a thermoelectric material, a solvent, a binder, and the like to synthesize a thermoelectric paste and then heat-treating the same. In this case, the binder is burned during the heat treatment process, and voids may be generated at the place where the binder is burned. Since these voids interfere with the interaction between the thermoelectric materials, they may serve to lower the thermoelectric performance.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 성능이 향상된 열전 박막 및 이를 포함하는 열전 소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a thermoelectric thin film with improved performance and a thermoelectric device including the same.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자는 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함한다. A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at a boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material.
상기 Bi-Te계 열전 소재는 Bi2Te3를 포함할 수 있다. The Bi-Te-based thermoelectric material may include Bi 2 Te 3 .
상기 전도성 고분자는 폴리에틸렌 디옥시티오펜(Poly Ethylene Dioxythiophene, PEDOT)을 포함할 수 있다. The conductive polymer may include polyethylene dioxythiophene (PEDOT).
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. The conductive polymer may be included in an amount of 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 .
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 5 내지 18 중량부로 포함될 수 있다. 5 to 18 parts by weight of the conductive polymer may be included with respect to 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 .
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 10 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. The conductive polymer may be included in an amount of 10 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 .
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 그리고 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그 중 적어도 하나는 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함한다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately disposed on the first substrate, the plurality of P-type thermoelectric legs, and the plurality of P-type thermoelectric legs a second substrate disposed on the N-type thermoelectric leg, and a plurality of electrodes connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs in series, one of the P-type thermoelectric legs and the N-type thermoelectric legs. At least one includes a Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at a boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material.
상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그 중 적어도 하나는 상기 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함하는 열전 박막이 다층으로 적층되어 형성될 수 있다. At least one of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg is a multi-layered thermoelectric thin film including the Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at the boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material. can be formed.
본 발명의 실시예에 따르면, 성능이 우수한 열전 박막 및 이를 포함하는 열전 소자를 얻을 수 있다. 특히, 열전 소재 간의 전기 전도도가 높고 열전도도가 낮아 높은 ZT를 가지는 열전 박막 및 이를 포함하는 열전 소자를 얻을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric thin film having excellent performance and a thermoelectric element including the same can be obtained. In particular, it is possible to obtain a thermoelectric thin film having high ZT due to high electrical conductivity between thermoelectric materials and low thermal conductivity and a thermoelectric element including the same.
도 1은 열전소자의 단면도이다.
도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막의 모식도이다.
도 4내지 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막(300)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 Bi-Te계 열전 소재(310) 내에 분산된 EDOT를 나타낸다.
도 7은 Bi-Te계 열전 소재(310) 내에 분산된 EDOT가 중합하여 PEDOT로 형성되는 과정을 나타낸다. 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element.
2 is a perspective view of a thermoelectric element.
3 is a schematic diagram of a thermoelectric thin film according to an embodiment of the present invention.
4 to 5 are flowcharts illustrating a method of manufacturing the thermoelectric
6 shows the EDOT dispersed in the Bi-Te-based
7 shows a process in which EDOT dispersed in the Bi-Te-based
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including an ordinal number such as second, first, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it is understood that other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted.
도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element, and FIG. 2 is a perspective view of the thermoelectric element.
도 1내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.1 to 2 , the
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. The
예를 들어, 리드선을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.For example, when a voltage is applied to the
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. Here, the P-type
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be expressed as a Seebeck index. The Seebeck index (ZT) may be expressed as in Equation (1).
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α 2 σ is the power factor (Power Factor, [W/mK 2 ]). And, T is the temperature, k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·c p ·ρ, a is the thermal diffusivity [cm 2 /S], c p is the specific heat [J/gK], ρ is the density [g/cm 3 ].
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다. To obtain the Seebeck index of the thermoelectric element, a Z value (V/K) is measured using a Z meter, and the Seebeck index (ZT) can be calculated using the measured Z value.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그는, 열전 소자의 제벡 지수를 높이기 위하여, Bi-Te계 열전 소재와 함께 전도성 고분자를 더 포함한다. 이하에서, 적층형 열전 레그를 형성하기 위한 열전 박막을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 따른 조성은 벌크형 열전 레그에도 동일하게 적용될 수 있다. The thermoelectric leg according to an embodiment of the present invention further includes a conductive polymer together with the Bi-Te-based thermoelectric material in order to increase the Seebeck index of the thermoelectric element. Hereinafter, a thermoelectric thin film for forming the stacked thermoelectric leg is described as an example, but the present invention is not limited thereto. The composition according to the embodiment of the present invention may be equally applied to the bulk type thermoelectric leg.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막의 모식도이다. 3 is a schematic diagram of a thermoelectric thin film according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참초하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막(300)은 Bi-Te계 열전 소재(310) 및 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자(320)를 포함한다. 여기서, 전도성 고분자(320)는 금속의 전기적 성질과 플라스틱의 가공성을 모두 가지며, 이중 결합과 단일 결합이 교대로 형성되는 공액 구조의 화학 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 3 , the thermoelectric
이에 따라, 전도성 고분자(320)가 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되면, 입자 간 경계에서의 새로운 전기 채널(electric channel)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 박막(300)의 전기 전도도가 증가하게 된다. Accordingly, when the
또한, 전도성 고분자(320)가 Bi-Te계 열전 소재(310)의 입자 간 경계에 배치되면, 전도성 고분자(320)가 Bi-Te계 열전 소재(310)의 성형성과 강도를 높일 수 있으므로, 바인더의 함량을 줄일 수 있다. 바인더의 함량이 줄어들 경우, 열처리 후 열전 박막 내 공극이 줄어들게 되므로, 열전 성능 및 기계적 물성이 개선될 수 있다. In addition, when the
여기서, 전도성 고분자(320)는 폴리에텔렌 디옥시티오펜(Poly Ethylene Dioxythiophene, PEDOT)을 포함할 수 있다. PEDOT는 열전도도가 낮은 특성을 가지고 있으므로, PEDOT를 포함하는 열전 박막(300)은 낮은 열전도도를 가질 수 있다. Here, the
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막(300)은 높은 전기 전도도와 낮은 열전도도를 가지므로, 높은 제벡 지수를 가질 수 있다.As described above, since the thermoelectric
이때, 열전 박막(300)은 Bi-Te계 열전 소재 100 중량부에 대하여 PEDOT 5 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 18 중량부, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 중량부를 포함할 수 있다. In this case, the thermoelectric
Bi-Te계 열전 소재와 PEDOT 간의 상대적인 중량비가 이러한 수치 범위를 만족하는 경우, 높은 전기전도도와 낮은 열전도도를 가지는 열전 박막(300)을 얻을 수 있다. When the relative weight ratio between the Bi-Te-based thermoelectric material and the PEDOT satisfies this numerical range, the thermoelectric
도 4 내지 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 박막(300)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 4 to 5 are flowcharts illustrating a method of manufacturing the thermoelectric
도 4를 참조하면, Bi-Te계 열전 소재, 바인더(binder), 에틸렌 디옥시티오펜(Ethylene Dioxythiophene, EDOT), 개시제, 가소제(plasticizer) 및 분산제를 용매에 혼합하여 페이스트를 제조한다(S400). Referring to FIG. 4 , a paste is prepared by mixing a Bi-Te-based thermoelectric material, a binder, ethylene dioxythiophene (EDOT), an initiator, a plasticizer, and a dispersing agent in a solvent (S400).
여기서, Bi-Te계 열전 소재는 Bi2Te3를 포함할 수 있다.Here, the Bi-Te-based thermoelectric material may include Bi 2 Te 3 .
그리고, 바인더는 긴 사슬 폴리머(long chain polymer)이며, Bi-Te계 열전 소재의 성형성과 강도를 높이는 역할을 한다. 바인더는, 예를 들어 폴리비닐부티레이트(Polyvinyl butyrate, PVB), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 및 아크릴 수지(acrylic resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the binder is a long chain polymer, and serves to increase the formability and strength of the Bi-Te-based thermoelectric material. The binder may include, for example, at least one of polyvinyl butyrate (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), and acrylic resin.
그리고, 가소제는 바인더의 유리전이온도를 낮추어 그린 시트(green sheet) 간 접착을 용이하게 하며, 페이스트의 유동 특성, 유연성, 탄성, 접착성 및 가공성 등을 높이는 역할을 한다. 즉, 바인더는 분자량이 크고 분자 사이에 끌어당기는 힘이 강할수록 딱딱해지는데, 바인더 사이에 가소제가 혼합되면 바인더 간의 네트워킹이나 엉김이 약해지게 된다. 따라서, 가소제는 바인더와 잘 섞일 수 있느 섞임성(compatibility)이 좋아야 한다. 가소제는, 예를 들어 다이옥틸프탈레이트(Dioctyl phthalate), 다이-n-부틸 프탈레이트(Di-n-butyl-phthalate), 디이소데실프탈레이트(Diisodecyl phthalate), 디에틸프탈레이트(Diethyl phthalate), 다이-n-헥실-프탈레이트(Di-n-hexyl-phthalate) 및 디이소부틸프탈레이트(Diisobutyl phthalate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the plasticizer lowers the glass transition temperature of the binder to facilitate adhesion between green sheets, and serves to increase the flow characteristics, flexibility, elasticity, adhesion and processability of the paste. That is, the binder becomes harder as the molecular weight is large and the attraction force between the molecules is strong. Therefore, the plasticizer must have good compatibility to be well miscible with the binder. The plasticizer is, for example, dioctyl phthalate, di-n-butyl-phthalate, diisodecyl phthalate, diethyl phthalate, di-n It may include at least one of -hexyl-phthalate (Di-n-hexyl-phthalate) and diisobutyl phthalate (Diisobutyl phthalate).
그리고, 분산제는 페이스트 내에서 입자 간의 분산성을 향상시켜 Bi-Te계 열전 소재가 침전되지 않도록 한다. 분산제는, 예를 들면 톨루엔, 지방산 및 멘헤이덴(menhaden) 피시 오일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, the dispersant improves dispersibility between particles in the paste to prevent the Bi-Te-based thermoelectric material from being precipitated. The dispersant may include, for example, at least one of toluene, fatty acids and menhaden fish oil.
그리고, 개시제는 단량체인 에틸렌 디옥시티오펜(Ethylene Dioxythiophene, EDOT)를 중합시켜 고분자인 PEDOT를 형성시킨다. 여기서, 개시제는, 예를 들면 톨루엔설포네이트(toluenesulfonate)를 포함할 수 있다. 이때, 단량체와 개시제는 동일한 몰비로 포함될 수 있다.In addition, the initiator polymerizes ethylene dioxythiophene (EDOT) as a monomer to form PEDOT as a polymer. Here, the initiator may include, for example, toluenesulfonate. In this case, the monomer and the initiator may be included in the same molar ratio.
그리고, 용매는, 예를 들어 톨루엔 또는 부탄올을 포함할 수 있다. And, the solvent may include, for example, toluene or butanol.
이때, Bi-Te계 열전 소재 100 중량부에 대하여, 바인더 0.1 내지 6 중량부, EDOT 2 내지 20 중량부, 개시제 8 내지 80 중량부, 분산제 0.1 내지 2 중량부, 가소제 0.1 내지 2 중량부, 용매 0.1 내지 100 중량부로 포함될 수 있다. In this case, based on 100 parts by weight of the Bi-Te-based thermoelectric material, 0.1 to 6 parts by weight of a binder, 2 to 20 parts by weight of EDOT, 8 to 80 parts by weight of an initiator, 0.1 to 2 parts by weight of a dispersant, 0.1 to 2 parts by weight of a plasticizer, and a solvent It may be included in an amount of 0.1 to 100 parts by weight.
다음으로, 단계 S400에서 제조된 페이스트를 코팅한다(S410). 코팅하는 방법은 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 먼저, 페이스트를 미리 솔더링된 알루미나 기판 또는 타겟의 위치에 도포하는 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 코팅될 수 있다. 또는, 페이스트를 이형 필름 상에 도포하는 테이프 캐스팅(tape casting) 기법으로 코팅될 수도 있다. Next, the paste prepared in step S400 is coated (S410). The coating method can be roughly divided into two types. First, it may be coated by a screen printing technique in which the paste is applied to the location of the pre-soldered alumina substrate or target. Alternatively, it may be coated by a tape casting technique in which the paste is applied on a release film.
다음으로, 코팅된 페이스트를 열처리한다(S420). 열처리하는 과정은 도 5와 같이 세분화될 수 있다. Next, the coated paste is heat-treated (S420). The heat treatment process may be subdivided as shown in FIG. 5 .
먼저, 코팅된 페이스트를 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리한다(S500). 이에 따라, EDOT는 개시제를 이용하여 PEDOT로 중합될 수 있다. EDOT가 PEDOT로 중합되는 과정은 아래 반응식과 같이 나타낼 수 있다. First, the coated paste is heat-treated at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere (S500). Accordingly, EDOT can be polymerized to PEDOT using an initiator. The process in which EDOT is polymerized into PEDOT can be represented by the following reaction formula.
도 6은 Bi-Te계 열전 소재(310) 내에 분산된 EDOT를 나타내고, 도 7은 Bi-Te계 열전 소재(310) 내에 분산된 EDOT가 중합하여 PEDOT로 형성되는 과정을 나타내며, 도 3은 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 PEDOT가 배치된 예를 나타낸다.6 shows the EDOT dispersed in the Bi-Te-based
다음으로, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한다(S510). 이에 따라, 페이스트 내의 용매가 휘발될 수 있다. 이에 따라, 그린시트(green sheet)가 형성될 수 있다. Next, heat treatment is performed under N 2 atmosphere at 120° C. for 15 minutes (S510). Accordingly, the solvent in the paste may be volatilized. Accordingly, a green sheet may be formed.
다음으로, 그린시트에 대한 수세 작업을 수행한다(S520). 수세 작업은 2~3회 반복해서 수행될 수 있다. 이에 따라, 그린시트 내 반응하지 않고 남아 있는 철 이온 등이 제거될 수 있다. Next, a water washing operation is performed on the green sheet (S520). The washing operation can be repeated 2-3 times. Accordingly, non-reacting iron ions and the like remaining in the green sheet may be removed.
다음으로, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리한다(S530). 이에 따라, 그린시트 내 바인더가 연소되며, 최종적인 열전 박막이 제조된다. Next, heat treatment is performed under N 2 atmosphere at 260° C. for at least 10 minutes (S530). Accordingly, the binder in the green sheet is burned, and a final thermoelectric thin film is manufactured.
이하, 비교예 및 실시예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, it will be described in more detail using comparative examples and examples.
<비교예 1><Comparative Example 1>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 6.82 중량부, 올레오일 사르코신 2.46 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 비교예 1의 열전 박막을 얻었다. Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , 6.82 parts by weight of PVB, 2.46 parts by weight of oleoyl sarcosine, 1.36 parts by weight of phthalate, and 25.78 parts by weight of toluene were mixed to prepare a paste. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, a thermoelectric thin film of Comparative Example 1 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more in an N 2 atmosphere.
<비교예 2><Comparative Example 2>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, EDOT 2.73 중량부, Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 10.91 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 비교예 2의 열전 박막을 얻었다.Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , PVB 2.73 parts by weight, EDOT 2.73 parts by weight, Fe(III) p-toluenesulfonate 10.91 parts by weight, oleoyl sarcosine 1.09 parts by weight, phthalate 1.36 parts by weight, and toluene 25.78 parts by weight A paste was prepared by mixing. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, a thermoelectric thin film of Comparative Example 2 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more in an N 2 atmosphere.
<비교예 3><Comparative Example 3>
톨루엔 25.78 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부, EDOT 52.72 중량부 및 Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 211.42 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 비교예 3의 열전 박막을 얻었다.Based on 25.78 parts by weight of toluene, 2.73 parts by weight of PVB, 1.09 parts by weight of oleoyl sarcosine, 1.36 parts by weight of phthalate, 52.72 parts by weight of EDOT, and 211.42 parts by weight of Fe(III) p-toluenesulfonate were mixed to prepare a paste. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, a thermoelectric thin film of Comparative Example 3 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more in an N 2 atmosphere.
<실시예 1><Example 1>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, EDOT 8.39 중량부, Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 34.11 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 실시예 1의 열전 박막을 얻었다.Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , PVB 2.73 parts by weight, EDOT 8.39 parts by weight, Fe(III) p-toluenesulfonate 34.11 parts by weight, oleoyl sarcosine 1.09 parts by weight, phthalate 1.36 parts by weight, and toluene 25.78 parts by weight A paste was prepared by mixing. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, the thermoelectric thin film of Example 1 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more under N 2 atmosphere.
<실시예 2><Example 2>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, EDOT 11.80 중량부, Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 47.75 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 실시예 2의 열전 박막을 얻었다.Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , PVB 2.73 parts by weight, EDOT 11.80 parts by weight, Fe(III) p-toluenesulfonate 47.75 parts by weight, oleoyl sarcosine 1.09 parts by weight, phthalate 1.36 parts by weight, and toluene 25.78 parts by weight A paste was prepared by mixing. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, the thermoelectric thin film of Example 2 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more under N 2 atmosphere.
<실시예 3><Example 3>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, EDOT 15.21 중량부, Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 61.39 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 실시예 3의 열전 박막을 얻었다.Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , PVB 2.73 parts by weight, EDOT 15.21 parts by weight, Fe(III) p-toluenesulfonate 61.39 parts by weight, oleoyl sarcosine 1.09 parts by weight, phthalate 1.36 parts by weight, and toluene 25.78 parts by weight A paste was prepared by mixing. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, the thermoelectric thin film of Example 3 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more under N 2 atmosphere.
<실시예 4><Example 4>
Bi2Te3 100 중량부에 대하여, PVB 2.73 중량부, EDOT 18.62 중량부, Fe(Ⅲ) p-톨루엔설포네이트 75.03 중량부, 올레오일 사르코신 1.09 중량부, 프탈레이트 1.36 중량부 및 톨루엔 25.78 중량부를 혼합하여 페이스트를 제조하였다. 제조된 페이스트를 기판 상에 코팅한 후, 80℃에서 10분간 N2 분위기 하에서 열처리하고, 120℃에서 15분간 N2 분위기 하에서 열처리한 후, 2~3회 수세 작업을 수행하였다. 그리고, 260℃에서 10분 이상 N2 분위기 하에서 열처리하여 실시예 4의 열전 박막을 얻었다.Based on 100 parts by weight of Bi 2 Te 3 , PVB 2.73 parts by weight, EDOT 18.62 parts by weight, Fe(III) p-toluenesulfonate 75.03 parts by weight, oleoyl sarcosine 1.09 parts by weight, phthalate 1.36 parts by weight, and toluene 25.78 parts by weight A paste was prepared by mixing. After the prepared paste was coated on a substrate, heat treatment was performed at 80° C. for 10 minutes under N 2 atmosphere, and heat treatment was performed at 120° C. for 15 minutes under N 2 atmosphere, followed by washing with water 2-3 times. Then, the thermoelectric thin film of Example 4 was obtained by heat treatment at 260° C. for 10 minutes or more under N 2 atmosphere.
표 1은 비교예 1 내지 3과 실시예 1 내지 4의 25℃에서의 ZT, 전기전도도(S/m), 제벡계수(V/K), power factor(W/mK2), 열전도도(W/Km)을 나타낸다. Table 1 shows ZT, electrical conductivity (S/m), Seebeck coefficient (V/K), power factor (W/mK 2 ), thermal conductivity (W) at 25° C. of Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 4 /Km).
표 1을 참조하면, Bi-Te계 열전 소재만을 포함하고 PEDOT를 포함하지 않는 비교예 1, Bi-Te계 열전 소재와 PEDOT를 모두 포함하나 PEDOT의 함량이 낮은 비교예 2, 그리고 PEDOT만을 포함하고 Bi-Te계 열전 소재를 포함하지 않는 비교예 3은 전기전도도가 낮거나 열전도도가 높아 ZT가 모두 0.45 이하로 나타남을 알 수 있다. Referring to Table 1, Comparative Example 1 including only the Bi-Te-based thermoelectric material and not including PEDOT, Comparative Example 2 including both the Bi-Te-based thermoelectric material and PEDOT but having a low PEDOT content, and only PEDOT It can be seen that Comparative Example 3 not including the Bi-Te-based thermoelectric material exhibited a ZT of 0.45 or less due to low electrical conductivity or high thermal conductivity.
이에 반해, Bi-Te계 열전 소재 및 PEDOT를 본 발명의 실시예에 따른 조성으로 포함하는 실시예 1 내지 5는 ZT가 모두 0.45 이상으로 나타남을 알 수 있다. In contrast, in Examples 1 to 5 including the Bi-Te-based thermoelectric material and PEDOT as a composition according to an embodiment of the present invention, it can be seen that the ZT is 0.45 or more.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.
100: 열전 소자
110: 하부 기판
120: 하부 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 상부 전극
160: 상부 기판100: thermoelectric element
110: lower substrate
120: lower electrode
130: P-type thermoelectric leg
140: N-type thermoelectric leg
150: upper electrode
160: upper substrate
Claims (11)
상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자
를 포함하고,
상기 Bi-Te계 열전 소재는 Bi2Te3를 포함하며,
상기 전도성 고분자는 폴리에틸렌 디옥시티오펜(Poly Ethylene Dioxythiophene, PEDOT)을 포함하고,
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 5 내지 20 중량부로 포함되는 열전 박막.Bi-Te-based thermoelectric material, and
Conductive polymer disposed at the boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material
including,
The Bi-Te-based thermoelectric material includes Bi 2 Te 3 ,
The conductive polymer includes polyethylene dioxythiophene (PEDOT),
The thermoelectric thin film comprising 5 to 20 parts by weight of the conductive polymer based on 100 parts by weight of the Bi 2 Te 3 .
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 5 내지 18 중량부로 포함되는 열전 박막.According to claim 1,
The thermoelectric thin film comprising 5 to 18 parts by weight of the conductive polymer based on 100 parts by weight of the Bi 2 Te 3 .
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 10 내지 15 중량부로 포함되는 열전 박막.6. The method of claim 5,
The thermoelectric thin film comprising 10 to 15 parts by weight of the conductive polymer based on 100 parts by weight of the Bi 2 Te 3 .
상기 제1 기판 상에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그,
상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 상에 배치되는 제2 기판, 그리고
상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 직렬 연결하는 복수의 전극을 포함하며,
상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그 중 적어도 하나는 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함하고,
상기 Bi-Te계 열전 소재는 Bi2Te3를 포함하며,
상기 전도성 고분자는 폴리에틸렌 디옥시티오펜(Poly Ethylene Dioxythiophene, PEDOT)을 포함하고,
상기 Bi2Te3 100 중량부에 대하여 상기 전도성 고분자는 5 내지 20 중량부로 포함되는 열전 소자. a first substrate;
a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately disposed on the first substrate;
a second substrate disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs; and
a plurality of electrodes connecting the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs in series;
At least one of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg includes a Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at a boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material,
The Bi-Te-based thermoelectric material includes Bi 2 Te 3 ,
The conductive polymer includes polyethylene dioxythiophene (PEDOT),
The thermoelectric device comprising 5 to 20 parts by weight of the conductive polymer based on 100 parts by weight of the Bi 2 Te 3 .
상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그 중 적어도 하나는 상기 Bi-Te계 열전 소재, 그리고 상기 Bi-Te계 열전 소재의 입자 간 경계에 배치되는 전도성 고분자를 포함하는 열전 박막이 다층으로 적층되어 형성되는 열전 소자.8. The method of claim 7,
At least one of the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg is a multi-layered thermoelectric thin film including the Bi-Te-based thermoelectric material and a conductive polymer disposed at the boundary between particles of the Bi-Te-based thermoelectric material. A thermoelectric element is formed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160017426A KR102459951B1 (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160017426A KR102459951B1 (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170095670A KR20170095670A (en) | 2017-08-23 |
| KR102459951B1 true KR102459951B1 (en) | 2022-10-27 |
Family
ID=59759526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160017426A KR102459951B1 (en) | 2016-02-15 | 2016-02-15 | Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102459951B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114226210A (en) * | 2021-12-16 | 2022-03-25 | 华东师范大学 | Silver selenide thermoelectric composite film and preparation method and application thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005289695A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Nagoya Kogyo Univ | Conductive ceramic product and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101530376B1 (en) * | 2008-10-23 | 2015-06-26 | 한국교통대학교산학협력단 | Bulk thermoelectric material and thermoelectric device comprising same |
| KR101528516B1 (en) * | 2013-09-06 | 2015-06-12 | 한국과학기술연구원 | Highly flexible thermoelectric material comprising organic-inorganic hybrid composite and thermoelectirc device comprising the same |
-
2016
- 2016-02-15 KR KR1020160017426A patent/KR102459951B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005289695A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Nagoya Kogyo Univ | Conductive ceramic product and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170095670A (en) | 2017-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2009150908A1 (en) | Thermoelectric converter element and conductive member for thermoelectric converter element | |
| KR102170477B1 (en) | Paste composition for thermoelectric device, thermoelectric device and prepareing method using the same | |
| EP2830106A1 (en) | Thermoelectric conversion material and method for manufacturing same | |
| US11342490B2 (en) | Thermoelectric leg and thermoelectric element comprising same | |
| EP4135504B1 (en) | Thermoelectric element | |
| JPWO2007145030A1 (en) | Thermoelectric material | |
| KR20240046141A (en) | Thermo electric element | |
| KR102459951B1 (en) | Thermo electric thim film and thermo electric element comprising the same | |
| JP7091341B2 (en) | Thermoelectric sintered body and thermoelectric element | |
| KR102380106B1 (en) | Thermo electric element and cooling apparatus comprising the same | |
| KR102401917B1 (en) | Thermoelectric Material Composition for Thermoelectric Element and Thermoelectric Element including the same | |
| KR102490302B1 (en) | Pellet for thermo electric leg and thermo electric element comprising the same | |
| JP7163557B2 (en) | Method for manufacturing thermoelectric conversion module | |
| EP4089749B1 (en) | Ink composition for printable thermoelectric materials | |
| JP2019153664A (en) | Manufacturing method of thermoelectric conversion module | |
| JP2008277622A (en) | Thermoelectric conversion module and manufacturing method therefor | |
| JP6791544B2 (en) | Thermoelectric semiconductor composition, thermoelectric conversion material and its manufacturing method | |
| KR102130088B1 (en) | Thermo electric device | |
| KR20220037668A (en) | Thermo electric element | |
| JP2008277555A (en) | Thermoelement and manufacturing method therefor, and thermoelectric conversion module | |
| JPH0878734A (en) | Method of manufacturing thermoelectric transducer | |
| JP2004047555A (en) | Polymer ptc compound and polymer ptc element | |
| KR20180010061A (en) | Pellet for thermo electric leg and thermo electric element comprising the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |