KR20140120523A - Thermo-electric device - Google Patents

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KR20140120523A
KR20140120523A KR1020130036381A KR20130036381A KR20140120523A KR 20140120523 A KR20140120523 A KR 20140120523A KR 1020130036381 A KR1020130036381 A KR 1020130036381A KR 20130036381 A KR20130036381 A KR 20130036381A KR 20140120523 A KR20140120523 A KR 20140120523A
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KR
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thermoelectric
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thermoelectric semiconductor
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KR1020130036381A
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Inventor
신운서
임종래
류병길
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엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a thermoelectric device and, more specifically, to a thermoelectric device capable of improving energy conversion efficiency. The thermoelectric device of the present invention comprises a thermoelectric semiconductor including a first thermoelectric semiconductor and a second thermoelectric semiconductor; a plurality of electrode electrically connected in series with each other through the first thermoelectric semiconductor and the second thermoelectric semiconductor; and a substrate coupled to the electrode to expose the opposite surface of the surface connected to the thermoelectric semiconductor.

Description

열전소자 {Thermo-electric device}Thermo-electric device

본 발명은 열전소자에 관한 것으로 특히, 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 열전소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric element capable of improving energy conversion efficiency.

일반적으로 열전소자는 펠티어(Peltier) 효과와 제벡(seebeck) 효과를 이용한 것으로, 냉각이나 가열을 동시에 수행할 수 있는 열과 전기의 교환 시스템이다.Generally, a thermoelectric device uses a Peltier effect and a seebeck effect, and is a heat and electricity exchange system that can simultaneously perform cooling and heating.

이러한 열전소자는 극 전환을 통해 간편하게 냉각과 가열을 전환할 수 있으며, 또한 제벡 효과를 이용하여, 소자 양단 간의 온도 차이를 이용하여 전기 에너지를 얻을 수 있는 장치이다.Such a thermoelectric device can easily switch between cooling and heating through pole switching, and is a device that can obtain electric energy by using the temperature difference between both ends of the device using the Seebeck effect.

따라서, 이러한 열전소자는 냉각용과 발전용이 있으며, 빠르고 우수한 냉각 효과와 발전 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 부피가 매우 작기 때문에 차세대 냉각 및 발전소자로 각광받고 있다.Therefore, these thermoelectric elements are easy to cool and generate, and they are rapidly becoming popular as next generation cooling and power plants because they have excellent cooling effect and power generation effect, and are very small in volume.

특히, 냉각용 전자 소자와 같이 시스템의 안정성을 요하나 가동 공간이 협소한 경우, 소음 방지를 요하는 경우, 온도의 정밀 제어가 쉽게 가능해야 하는 경우에 사용되고 있다.Particularly, it is used in the case where the stability of the system is required such as a cooling electronic device, the operation space is narrow, the noise is required to be prevented, and the temperature can be precisely controlled.

또한, 발전용은 버려지는 폐열과 같은 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전하는데 사용되고 있다.In addition, power generation has been used to generate electricity by converting thermal energy such as waste heat to electric energy.

이러한 열전소자는 열 에너지와 전기 에너지의 상호변환이 가능한 친환경적인 에너지 재료로서, 알루미나 등의 세라믹 기판을 사이에 두고 칩 형태의 p-형과 n-형의 열전 반도체(이하 열전 반도체라 칭함)가 전기적으로 직렬로 실장된 형태를 가진다. Such a thermoelectric element is an environmentally friendly energy material capable of converting heat energy and electric energy into each other, and a p-type and n-type thermoelectric semiconductor (hereinafter referred to as thermoelectric semiconductor) And they are electrically connected in series.

이러한 열전소자의 효율은 열전 반도체의 종류 및 형상뿐만 아니라, 기판, 전극, 상단과 하단의 온도차와 관계가 있다. 열전 반도체의 재료 개선은 많은 어려움이 있으며, 개발 후에도 신뢰성 및 양산성을 확보하기는 더욱 어려운 실정이다. The efficiency of such a thermoelectric device is related not only to the type and shape of the thermoelectric semiconductor but also to the temperature difference between the substrate, the electrode, and the top and bottom. There are many difficulties in improving the materials of thermoelectric semiconductors, and it is more difficult to secure reliability and mass productivity after development.

따라서, 기판 및 전극, 상단과 하단의 온도차를 확보하는 노력이 열전소자의 성능 개선에 더욱 효과적일 수 있다.Therefore, efforts to secure the temperature difference between the substrate and the electrode and between the upper and lower ends can be more effective in improving the performance of the thermoelectric device.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열 전달 구조를 개선하여 에너지 변환 효율을 향상시킬 수 있는 열전소자를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thermoelectric device capable of improving energy conversion efficiency by improving a heat transfer structure.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 제 1열전 반도체 및 제 2열전 반도체를 포함하는 열전 반도체; 상기 제 1열전 반도체 및 제 2열전 반도체를 통하여 서로 전기적으로 직렬로 연결되는 다수의 전극; 및 상기 전극이 열전 반도체와 연결된 면의 반대측 면이 노출되도록 상기 전극에 결합되는 기판을 포함하여 구성될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, the present invention provides a thermoelectric semiconductor comprising a first thermoelectric semiconductor and a second thermoelectric semiconductor; A plurality of electrodes electrically connected in series through the first thermoelectric semiconductors and the second thermoelectric semiconductors; And a substrate coupled to the electrode such that an opposite surface of the electrode is connected to the thermoelectric semiconductor.

여기서, 전극은, 상기 열전 반도체의 일측에 위치하는 제 1전극; 및 상기 열전 반도체의 타측에 위치하는 제 2전극을 포함할 수 있다.Here, the electrode includes: a first electrode located on one side of the thermoelectric semiconductor; And a second electrode located on the other side of the thermoelectric semiconductor.

또한, 기판은, 유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.Further, the substrate may include an organic-inorganic hybrid material including an organic material and an inorganic material.

여기서, 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 열전 반도체에 결합되는 차단막을 더 포함할 수 있다.Here, the light emitting device may further include a blocking layer coupled to the thermoelectric semiconductor disposed between the first electrode and the second electrode.

이때, 차단막은, 유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.At this time, the shielding film may include an organic hybrid material including an organic material and an inorganic material.

여기서, 전극의 노출된 제 2면 상에 위치하는 열전도성 접착층을 더 포함할 수 있다.Here, it may further comprise a thermally conductive adhesive layer located on the exposed second side of the electrode.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 제 1열전 반도체 및 상기 제 1열전 반도체와 쌍을 이루어 평행하게 배치되는 제 2열전 반도체를 포함하는 다수의 열전 반도체; 상기 열전 반도체의 일측에서 상기 열전 반도체를 전기적으로 연결하는 다수의 제 1전극; 상기 열전 반도체의 타측에서 상기 열전 반도체를 전기적으로 연결하고, 상기 열전 반도체를 통하여 상기 제 1전극과 직렬로 연결되는 다수의 제 2전극; 상기 다수의 제 1전극 사이에 위치하는 제 1기판; 및 상기 다수의 제 2전극 사이에 위치하는 제 2기판을 포함하여 구성될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a plurality of thermoelectric semiconductors including a first thermoelectric semiconductor and a second thermoelectric semiconductor arranged in pairs in a pair with the first thermoelectric semiconductor; A plurality of first electrodes electrically connecting the thermoelectric semiconductors on one side of the thermoelectric semiconductor; A plurality of second electrodes electrically connecting the thermoelectric semiconductors on the other side of the thermoelectric semiconductors and connected in series with the first electrodes through the thermoelectric semiconductors; A first substrate positioned between the plurality of first electrodes; And a second substrate positioned between the plurality of second electrodes.

여기서, 제 1기판 및 제 2기판 중 적어도 어느 하나는, 유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.Here, at least one of the first substrate and the second substrate may include an organic hybrid material including an organic material and an inorganic material.

여기서, 제 1기판 및 제 2기판 중 적어도 어느 하나는, 상기 제 1전극 및 제 2전극이 노출되도록 각각 상기 제 1전극 및 제 2전극에 결합될 수 있다.At least one of the first substrate and the second substrate may be coupled to the first electrode and the second electrode to expose the first electrode and the second electrode, respectively.

한편, 제 1전극 및 제 2전극이 노출된 면에 위치하는 열전도성 접착층을 더 포함할 수 있다.On the other hand, the first electrode and the second electrode may further include a thermally conductive adhesive layer positioned on the exposed surface.

여기서, 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 열전 반도체에 결합되는 차단막을 더 포함할 수 있다.Here, the light emitting device may further include a blocking layer coupled to the thermoelectric semiconductor disposed between the first electrode and the second electrode.

이때, 차단막은, 유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.At this time, the shielding film may include an organic hybrid material including an organic material and an inorganic material.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.

본 발명의 열전소자는 열이 전극을 통하여 방열체 측이나 열원 측으로 직접 흐를 수 있으므로 열전도도가 크게 개선될 수 있어, 열전소자의 성능이 크게 향상될 수 있는 것이다.Since the thermoelectric element of the present invention can directly flow heat toward the heat radiator side or the heat source side through the electrode, the thermal conductivity can be greatly improved and the performance of the thermoelectric element can be greatly improved.

위에서 설명한 바와 같이, 통상, 방열체 또는 열원과 전극의 결합시는 전기 전도성을 가지지 않는 열전도성 접착층에 의하여 결합되기 때문에 절연에 문제가 없다.As described above, since the heat conductor or the heat source and the electrode are coupled by the thermally conductive adhesive layer having no electrical conductivity, there is no problem in insulation.

또한, 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 열전 반도체에 결합되는 차단막은 열의 복사 작용 또는 대류 작용을 차단하여 온도차를 확보할 수 있어, 열전소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the barrier film coupled to the thermoelectric semiconductor located between the first electrode and the second electrode can prevent the heat radiation action or the convection action, thereby securing a temperature difference, thereby further improving the performance of the thermoelectric device.

도 1은 열전소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 열전소자의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 열전소자의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4는 열전소자의 작동을 설명하는 개략도이다.
도 5는 열전소자를 이용한 응용 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 열전소자의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
1 is a cross-sectional view showing an example of a thermoelectric element.
2 is a perspective view showing an example of a thermoelectric element.
3 is a plan view showing an example of a thermoelectric element.
4 is a schematic view for explaining the operation of the thermoelectric element.
5 is a schematic view showing an application example using a thermoelectric element.
6 is a cross-sectional view showing another example of the thermoelectric element.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

도 1은 열전소자의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 2는 열전소자의 일례를 나타내는 사시도이다. Fig. 1 is a cross-sectional view showing an example of a thermoelectric element, and Fig. 2 is a perspective view showing an example of a thermoelectric element.

도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 열전소자는, 열전 반도체(10, 20), 이들 열전 반도체(10, 20)를 전기적으로 연결하는 전극(30) 및 기판(40)을 포함할 수 있다.1 and 2, the thermoelectric element may include thermoelectric semiconductors 10 and 20, an electrode 30 for electrically connecting the thermoelectric semiconductors 10 and 20, and a substrate 40 .

열전 반도체(10, 20)는 제 1전도성의 제 1열전 반도체(10)와, 제 2전도성의 제 2열전 반도체(20)를 포함할 수 있다.The thermoelectric semiconductors 10 and 20 may include a first thermoelectric semiconductor 10 of a first conductivity and a second thermoelectric semiconductor 20 of a second conductivity.

이러한 제 1열전 반도체(10)는 n-형 반도체일 수 있고, 제 2열전 반도체(20)는 p-형 반도체일 수 있다. 혹은 그 반대의 경우도 가능하다. 이하에서는 제 1열전 반도체(10)가 n-형 열전 반도체이고, 제 2열전 반도체(20)가 p-형 열전 반도체인 경우를 예로 설명한다.The first thermoelectric semiconductor 10 may be an n-type semiconductor, and the second thermoelectric semiconductor 20 may be a p-type semiconductor. Or vice versa. Hereinafter, the case where the first thermoelectric semiconductor 10 is an n-type thermoelectric semiconductor and the second thermoelectric semiconductor 20 is a p-type thermoelectric semiconductor will be described as an example.

이와 같은 열전 반도체(10, 20)는 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3) 물질로 이루어질 수 있다. 이때, p-형 반도체를 이루기 위하여 안티몬(Sb)으로 도핑될 수 있고, n-형 반도체를 이루기 위하여 셀레늄(Se)으로 도핑될 수 있다. 그러나 도핑 물질은 이에 한정되지는 않는다.The thermoelectric semiconductors 10 and 20 may be made of bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ) material. At this time, it may be doped with antimony (Sb) to form a p-type semiconductor and doped with selenium (Se) to form an n-type semiconductor. However, the doping material is not limited thereto.

이러한 제 1열전 반도체(10)와 제 2열전 반도체(20)는 쌍을 이루며, 다수의 제 1열전 반도체(10)와 제 2열전 반도체(20)가 서로 평행을 이루어 배열될 수 있다.The first thermoelectric semiconductor 10 and the second thermoelectric semiconductor 20 are paired and a plurality of the first thermoelectric semiconductors 10 and the second thermoelectric semiconductors 20 may be arranged in parallel with each other.

전극(30)은, 열전 반도체(10, 20)의 일측에 전기적으로 결합되는 제 1전극(31)과, 열전 반도체(10, 20)의 타측에 전기적으로 결합되는 제 2전극(32)을 포함할 수 있다.The electrode 30 includes a first electrode 31 electrically coupled to one side of the thermoelectric semiconductors 10 and 20 and a second electrode 32 electrically coupled to the other side of the thermoelectric semiconductors 10 and 20 can do.

이와 같은 전극(30)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 은(Ag) 등의 전기 전도도가 높은 금속 재료를 포함할 수 있다.The electrode 30 may include a metal material having high electrical conductivity such as copper (Cu), aluminum (Al), or silver (Ag).

이러한 제 1전극(31)과 제 2전극(32)은 열전 반도체(10, 20)를 통하여 서로 직렬로 연결될 수 있도록 배치될 수 있다.The first electrode 31 and the second electrode 32 may be connected to each other through the thermoelectric semiconductors 10 and 20 in series.

즉, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 제 1전극(31)과 제 2전극(32)은 다수의 단편의 금속으로 이루어지고, 각 단편의 제 1전극(31) 및 제 2전극(32)은 열전 반도체(10, 20)를 통하여 서로 연속적으로 연결될 수 있다.1, the first electrode 31 and the second electrode 32 are made of a plurality of pieces of metal, and the first electrode 31 and the second electrode 32 of each piece are made of a metal And may be connected to each other through the thermoelectric semiconductors 10 and 20 continuously.

또한, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 제 1전극(31) 및 제 2전극(32)으로 이루어지는 연속적 직렬 구조의 양 단부에는 도선(50)이 연결될 수 있다.2, a conductive line 50 may be connected to both end portions of the continuous series structure including the first electrode 31 and the second electrode 32. In addition,

이때, 전극(30)에는 기판(40)이 결합될 수 있다. 이러한 기판(40)은 제 1전극(31)들과 결합되는 제 1기판(41) 및 제 2전극(32)들과 결합되는 제 2기판(42)을 포함할 수 있다.At this time, the substrate 40 may be coupled to the electrode 30. The substrate 40 may include a first substrate 41 coupled with the first electrodes 31 and a second substrate 42 coupled with the second electrodes 32.

이러한 기판(40)은 제 1전극(31) 및 제 2전극(32) 중 적어도 어느 일측을 외부에 노출되도록 결합할 수 있다.At least one of the first electrode 31 and the second electrode 32 may be exposed to the outside.

예를 들어, 제 1기판(41)은 다수의 제 1전극(31)들을 고정시킬 수 있으며, 제 1전극(31)의 외측면, 즉, 열전 반도체(10, 20)에 결합되는 면과 반대면이 외부에 노출되도록 결합될 수 있다.For example, the first substrate 41 may fix a plurality of first electrodes 31 and may be disposed on the outer surface of the first electrode 31, that is, opposite to the surface bonded to the thermoelectric semiconductors 10 and 20 So that the surface can be coupled to the outside.

또한, 제 2기판(42)은 다수의 제 2전극(32)들을 고정시킬 수 있으며, 제 2전극(32)의 외측면, 즉, 열전 반도체(10, 20)에 결합되는 면과 반대면이 외부에 노출되도록 결합될 수 있다.The second substrate 42 may fix the plurality of second electrodes 32 and may be formed on the outer surface of the second electrode 32, that is, the surface opposite to the surface coupled to the thermoelectric semiconductors 10 and 20 And may be coupled so as to be exposed to the outside.

이러한 기판(40)은 폴리머와 같은 수지를 이용할 수 있다. The substrate 40 may be made of resin such as a polymer.

보다 구체적으로, 기판(40)은 유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료(하이브리머)를 포함할 수 있다.More specifically, the substrate 40 may comprise an organic hybrid material (hybrid) comprising an organic material and an inorganic material.

이와 같은 유무기 하이브리드 재료는 비전도성 물질이며, 이러한 물질을 포함하여 제작되는 제 1기판(41) 또는 제 2기판(42)은 각각, 제 1전극(31) 또는 제 2전극(32)과 편평도를 유지하면서 결합될 수 있다.The first substrate 41 or the second substrate 42 made of such a material includes a first electrode 31 or a second electrode 32, While maintaining the same.

도 3은 열전소자의 일례를 나타내는 평면도로서, 제 1전극(31)이 위치하는 부분에 결합홀(41a)을 가지는 제 1기판(41)의 모습이 도시되고 있다.3 is a plan view showing an example of a thermoelectric element, and shows a state of the first substrate 41 having a coupling hole 41a at a position where the first electrode 31 is located.

이러한 제 1기판(41)과 제 2기판(42)을 포함하는 기판(40)은 각각 제 1전극(31) 및 제 2전극(32)과 일체로 결합되어 제작될 수 있다.The substrate 40 including the first substrate 41 and the second substrate 42 may be integrally combined with the first electrode 31 and the second electrode 32, respectively.

예를 들어, 경화되지 않은 상태의 제 1기판(41)을 제작할 수 있는 물질을 이용하여 제 1전극(31)들을 서로 결합하며 제 1전극(31)이 외부로 노출될 수 있도록 위치시키고, 이후, 이 제 1기판(41)을 경화시킴으로써 제작할 수 있다.For example, the first electrodes 31 may be coupled to each other using a material capable of forming the uncured first substrate 41 so that the first electrode 31 may be exposed to the outside, , And curing the first substrate 41.

즉, 제 1기판(41)을 제작할 수 있는 유무기 하이브리드 물질의 층을 이룬 후에, 이 물질의 층에 제 1전극(31)들을 위치시킨 후, 이 물질을 열 또는 자외선 등의 경화 수단에 의하여 경화시킴으로써 제작할 수 있다.That is, after forming a layer of the organic / inorganic hybrid material capable of fabricating the first substrate 41, the first electrodes 31 are placed in the layer of the material, and then the material is cured by a curing means such as heat or ultraviolet rays And then curing it.

그 외의 방법으로는, 제 1기판(41)을 편평하게 형성한 후, 제 1전극(31)과 일치하는 위치에 결합홀(41a)을 형성하여, 도 3과 같은 형태로 제작한 후에, 이 결합홀(41a)을 제 1전극(31)과 결합하여 제 1기판(41)을 제작할 수도 있다.In other methods, after the first substrate 41 is formed flat, a coupling hole 41a is formed at a position coincident with the first electrode 31 so as to have a shape similar to that shown in FIG. 3, The first substrate 41 may be manufactured by coupling the coupling hole 41a with the first electrode 31. [

이러한 예는 제 2기판(42)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.This example can be equally applied to the second substrate 42 as well.

도 4는 열전소자의 작동을 설명하는 개략도로서, 이와 같이 구성되는 열전소자의 작동은 다음과 같다.4 is a schematic view for explaining the operation of the thermoelectric element, and the operation of the thermoelectric element thus constituted is as follows.

위에서 설명한 바와 같이, n-형 열전 반도체(10)와 p-형 열전 반도체(20)는 각각 제 1전극(31)과 제 2전극(32)에 의하여 연속적으로 결합되는 직렬 연결 구조를 가지게 된다.As described above, the n-type thermoelectric semiconductor 10 and the p-type thermoelectric semiconductor 20 have a serial connection structure in which they are continuously connected by the first electrode 31 and the second electrode 32, respectively.

또한, 이러한 제 1전극(31)과 제 2전극(32)은 각각 제 1기판(41)과 제 2기판(42)에 의하여 결합되고, 이들 제 1기판(41)과 제 2기판(42) 중 적어도 어느 하나는 각각, 제 1전극(31)과 제 2전극(32) 중 적어도 어느 하나가 외부로 노출되도록 결합될 수 있다.The first electrode 31 and the second electrode 32 are coupled to each other by a first substrate 41 and a second substrate 42. The first substrate 41 and the second substrate 42 are connected to each other, At least one of the first electrode 31 and the second electrode 32 may be exposed to the outside.

n-형 열전 반도체(10)는 전자가 주 캐리어(carrier)인 n-형 반도체 물질(11)을 포함하고, 전극(31, 32)과의 사이에 접합재(12)에 의하여 결합될 수 있다.The n-type thermoelectric semiconductor 10 includes an n-type semiconductor material 11 having an electron as a main carrier and can be bonded to the electrodes 31 and 32 by the bonding material 12.

또한, 접합재(12)와 n-형 반도체 물질(11) 사이에는 확산 방지층(13)이 위치할 수 있다. 이러한 확산 방지층(13)은 접합재(12) 물질이 n-형 반도체 물질(11)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the diffusion preventing layer 13 may be positioned between the bonding material 12 and the n-type semiconductor material 11. The diffusion preventing layer 13 can prevent the material of the bonding material 12 from diffusing into the n-type semiconductor material 11.

p-형 열전 반도체(20)는 정공이 주 캐리어인 p-형 반도체 물질(21)을 포함할 수 있고, n-형 열전 반도체(10)와 마찬가지로, 전극(31, 32)과 사이에 접합재(22)에 의하여 결합될 수 있고, 접합재(22)와 p-형 반도체 물질(21) 사이에는 확산 방지층(23)이 위치할 수 있다.The p-type thermoelectric semiconductor 20 may include a p-type semiconductor material 21 having a hole as a main carrier and may be provided between the electrodes 31 and 32 as well as the n-type thermoelectric semiconductor 10, 22, and a diffusion barrier layer 23 may be located between the bonding material 22 and the p-type semiconductor material 21. [

이러한 구조에서, 열전소자에 전기 에너지를 인가하게 되면 열전 반도체(10, 20) 내부의 전하(전자, 정공)는 열전소자의 한쪽 끝단에서 열 에너지를 흡수하여 반대면으로 이동시키며, 이로 인하여 열전소자의 다른 한쪽 단은 냉각이 되고 반대면은 발열이 된다. In this structure, when electric energy is applied to the thermoelectric elements, the charges (electrons, holes) inside the thermoelectric semiconductors 10 and 20 absorb heat energy at one end of the thermoelectric element and move to the opposite surface, The other end is cooled and the other side is heated.

발열면에서는 적절한 방열수단을 적용하여 흡수된 열량을 방출하면 온도차가 유지될 수 있다. 현재 많이 적용되는 방열수단은 팬(Fan), 히트 파이프(Heat Pipe) 등이 있다.On the heating surface, the temperature difference can be maintained by releasing the absorbed heat by applying appropriate heat dissipating means. Currently, most of the heat dissipation devices are fan, heat pipe and so on.

이와 같이, 열전소자를 이용하여 열원을 냉각시키거나 가열시킬 수 있다.Thus, the heat source can be cooled or heated using the thermoelectric element.

한편, 고온의 열원에 열전소자가 접촉하게 되면, 이러한 고온에 의해 내부의 전하(전자, 정공)의 흐름이 발생하며, 이러한 전하의 흐름을 이용하여 발전에 이용할 수 있다.On the other hand, when a thermoelectric element is brought into contact with a heat source at a high temperature, a flow of electric charges (electrons and holes) is generated due to such a high temperature, and the flow of electric charges can be utilized for power generation.

도 5에서는 열전소자를 이용한 응용 예를 나타내고 있다.Fig. 5 shows an application example using a thermoelectric element.

도시하는 바와 같이, 열전소자의 제 1전극(31) 측에는 방열체(70)가 결합되고, 제 2전극(32) 측에는 열원(80)이 결합될 수 있다.As shown in the figure, a heat dissipator 70 is coupled to the first electrode 31 of the thermoelectric element, and a heat source 80 is coupled to the second electrode 32.

이때, 제 1전극(31)과 방열체(70) 사이, 그리고 제 2전극(32)과 열원(80) 사이에는 열전도성 접착층(60)이 구비될 수 있다.At this time, a thermally conductive adhesive layer 60 may be provided between the first electrode 31 and the heat discharger 70, and between the second electrode 32 and the heat source 80.

이러한 열전도성 접착층(60)은 전기 전도성을 띠지 않아서 방열체(70) 또는 열원(80)이 금속인 경우에도 제 1전극(31) 및 제 2전극(32)과 단락 문제가 발생하지 않는다.The thermally conductive adhesive layer 60 does not have electrical conductivity so that short circuit problems do not occur with the first electrode 31 and the second electrode 32 even when the heat sink 70 or the heat source 80 is made of metal.

방열체(70)는 다수의 방열핀(71)이 형성되어, 이 방열핀(71)이 공기와 접촉하여 열 교환이 일어날 수 있고, 이 방열핀(71)에는 방열팬(도시되지 않음)이 결합될 수 있다.A plurality of radiating fins 71 are formed in the radiating body 70 so that the radiating fins 71 can be brought into contact with air to perform heat exchange and a radiating fan have.

이와 같은 열전소자는 전극(30)이 발열체(70) 또는 열원(80)과 열전도성 접착층(60)에 의하여 직접 결합되므로 열 전도율이 크게 개선되어 열전소자의 효율이 크게 상승할 수 있다.Since the electrode 30 is directly coupled to the heating element 70 or the heat source 80 by the thermally conductive adhesive layer 60, the thermal conductivity can be greatly improved and the efficiency of the thermoelectric element can be greatly increased.

통상의 열전소자는 알루미나 등의 세라믹 기판을 이용하고 있으나, 이러한 기판을 이용하면 낮은 열전도도(높은 열저항)로 인해 수열부(열원 측)와 방열부(방열체 측)에 열손실이 크므로 열전소자의 성능에 큰 악영향을 미치게 된다.A typical thermoelectric element uses a ceramic substrate such as alumina. However, when such a substrate is used, since heat loss is large in the heat receiving portion (heat source side) and the heat radiating portion (heat radiator side) due to low thermal conductivity The performance of the thermoelectric element is adversely affected.

그러나 위에서 설명한 열전소자는 열이 전극(30)을 통하여 방열체(70) 측이나 열원(80) 측으로 직접 흐를 수 있으므로 열전도도가 크게 개선될 수 있어, 열전소자의 성능이 크게 향상될 수 있는 것이다.However, since the thermoelectric element described above can directly flow heat toward the heat sink 70 side or the heat source 80 side through the electrode 30, the thermal conductivity can be greatly improved, and the performance of the thermoelectric element can be greatly improved .

위에서 설명한 바와 같이, 통상, 방열체(70) 또는 열원(80)과 전극(30)의 결합시는 전기 전도성을 가지지 않는 열전도성 접착층(60)에 의하여 결합되기 때문에 절연에 문제가 없다.As described above, since the heat radiating member 70 or the heat source 80 and the electrode 30 are coupled by the heat conductive adhesive layer 60 having no electrical conductivity, there is no problem in insulation.

또한, 경우에 따라, 절연성을 향상시키기 위하여, 제 1전극(31)과 제 2전극(32)을 유무기 하이브리드 재료로 얇게 코팅하는 것도 가능하다.In some cases, the first electrode 31 and the second electrode 32 may be thinly coated with an organic or inorganic hybrid material in order to improve the insulating property.

한편, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 제 1전극(31)과 제 2전극(32) 사이에 위치하는 열전 반도체(10, 20)에 결합되는 차단막(90)을 더 포함할 수 있다.6, the first electrode 31 and the second electrode 32 may further include a blocking layer 90 coupled to the thermoelectric semiconductors 10 and 20 located between the first and second electrodes 31 and 32.

이러한 차단막(90)은 열의 복사 작용 또는 대류 작용을 차단하여 온도차를 확보할 수 있어, 열전소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.Such a shielding film 90 can prevent the radiation action or the convection action of heat, thereby securing a temperature difference, thereby further improving the performance of the thermoelectric device.

앞서 설명한 바에 의하면, 열전소자의 성능에 중요한 영향을 미치는 요인의 하나로서, 상단과 하단의 온도차를 유지하는 것이 있다.As described above, one of the factors that significantly affect the performance of the thermoelectric element is that the temperature difference between the upper and lower ends is maintained.

그러나 제 1기판(41)과 제 2기판(42)이 서로 마주보고 있는 상황에서는 열전소자 내에서 복사 및 대류의 열전달이 발생하게 되어 상단과 하단 사이의 온도차가 작아지게 된다.However, in a situation where the first substrate 41 and the second substrate 42 face each other, heat transfer of radiation and convection occurs in the thermoelectric element, and the temperature difference between the upper and lower ends becomes smaller.

이런 현상은 열전소자의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 이러한 소자 내부의 열전달을 줄이기 위하여 앞서 언급한 유무기 하이브리드 재료나, 기타 폴리머를 이용하여 차단막(90)을 형성하면 복사 및 대류열 전달을 차단하여 온도차를 확보하여 성능 향상이 이루어지게 된다.This phenomenon causes the performance of the thermoelectric device to deteriorate. Therefore, when the barrier layer 90 is formed by using the aforementioned organic or inorganic hybrid material or other polymer in order to reduce the heat transfer inside the device, the radiation and convection heat transfer are blocked, and the temperature difference is secured to improve the performance.

또한, 차단막(90)의 추가 기대 효과로는 분리된 전극(30)을 하이브리드 재료를 이용하여 부착함으로써, 소자의 강도가 취약하게 되는 것을 방지하는 효과도 기대할 수 있다.
Further, as a further expected effect of the shielding film 90, an effect of preventing the strength of the device from being weakened can be expected by attaching the separated electrode 30 using a hybrid material.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

10: 제 1열전 반도체 20: 제 2열전 반도체
30: 전극 31: 제 1전극
32: 제 2전극 40: 기판
41: 제 1기판 42: 제 2기판
50: 도선 60: 열전도성 접착층
70: 방열체 80: 열원
90: 차단막
10: first thermoelectric semiconductor 20: second thermoelectric semiconductor
30: Electrode 31: First electrode
32: second electrode 40: substrate
41: first substrate 42: second substrate
50: lead 60: thermally conductive adhesive layer
70: Heat sink 80: Heat source
90:

Claims (12)

제 1열전 반도체 및 제 2열전 반도체를 포함하는 열전 반도체;
상기 제 1열전 반도체 및 제 2열전 반도체를 통하여 서로 전기적으로 직렬로 연결되는 다수의 전극; 및
상기 전극이 열전 반도체와 연결된 면의 반대측 면이 노출되도록 상기 전극에 결합되는 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자.
A thermoelectric semiconductor including a first thermoelectric semiconductor and a second thermoelectric semiconductor;
A plurality of electrodes electrically connected in series through the first thermoelectric semiconductors and the second thermoelectric semiconductors; And
And a substrate coupled to the electrode such that an opposite surface of the electrode is connected to the thermoelectric semiconductor.
제 1항에 있어서, 상기 전극은,
상기 열전 반도체의 일측에 위치하는 제 1전극; 및
상기 열전 반도체의 타측에 위치하는 제 2전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.
The plasma display apparatus according to claim 1,
A first electrode located on one side of the thermoelectric semiconductor; And
And a second electrode located on the other side of the thermoelectric semiconductor.
제 2항에 있어서, 상기 기판은,
유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.
The substrate processing apparatus according to claim 2,
An organic-inorganic hybrid material including an organic material and an inorganic material.
제 2항에 있어서, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 열전 반도체에 결합되는 차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.The thermoelectric device according to claim 2, further comprising a blocking layer coupled to the thermoelectric semiconductor located between the first electrode and the second electrode. 제 4항에 있어서, 상기 차단막은,
유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.
The method according to claim 4,
An organic-inorganic hybrid material including an organic material and an inorganic material.
제 1항에 있어서, 상기 전극의 노출된 면 상에 위치하는 열전도성 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.The thermoelectric device according to claim 1, further comprising a thermally conductive adhesive layer positioned on the exposed surface of the electrode. 제 1열전 반도체 및 상기 제 1열전 반도체와 쌍을 이루어 평행하게 배치되는 제 2열전 반도체를 포함하는 다수의 열전 반도체;
상기 열전 반도체의 일측에서 상기 열전 반도체를 전기적으로 연결하는 다수의 제 1전극;
상기 열전 반도체의 타측에서 상기 열전 반도체를 전기적으로 연결하고, 상기 열전 반도체를 통하여 상기 제 1전극과 직렬로 연결되는 다수의 제 2전극;
상기 다수의 제 1전극 사이에 위치하는 제 1기판; 및
상기 다수의 제 2전극 사이에 위치하는 제 2기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자.
A plurality of thermoelectric semiconductors including a first thermoelectric semiconductor and a second thermoelectric semiconductor arranged in pairs in parallel with the first thermoelectric semiconductor;
A plurality of first electrodes electrically connecting the thermoelectric semiconductors on one side of the thermoelectric semiconductor;
A plurality of second electrodes electrically connecting the thermoelectric semiconductors on the other side of the thermoelectric semiconductors and connected in series with the first electrodes through the thermoelectric semiconductors;
A first substrate positioned between the plurality of first electrodes; And
And a second substrate positioned between the plurality of second electrodes.
제 7항에 있어서, 상기 제 1기판 및 제 2기판 중 적어도 어느 하나는,
유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.
[8] The method of claim 7, wherein at least one of the first substrate and the second substrate comprises:
An organic-inorganic hybrid material including an organic material and an inorganic material.
제 7항에 있어서, 상기 제 1기판 및 제 2기판 중 적어도 어느 하나는, 상기 제 1전극 및 제 2전극이 노출되도록 각각 상기 제 1전극 및 제 2전극에 결합되는 것을 특징으로 하는 열전소자.The thermoelectric device according to claim 7, wherein at least one of the first substrate and the second substrate is coupled to the first electrode and the second electrode to expose the first electrode and the second electrode, respectively. 제 9항에 있어서, 상기 제 1전극 및 제 2전극이 노출된 면에 위치하는 열전도성 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.The thermoelectric device according to claim 9, further comprising a thermally conductive adhesive layer positioned on the exposed surface of the first electrode and the second electrode. 제 7항에 있어서, 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 열전 반도체에 결합되는 차단막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.The thermoelectric device according to claim 7, further comprising a blocking film coupled to the thermoelectric semiconductor positioned between the first electrode and the second electrode. 제 11항에 있어서, 상기 차단막은,
유기 재료 및 무기 재료를 포함하는 유무기 하이브리드 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자.
The method according to claim 11,
An organic-inorganic hybrid material including an organic material and an inorganic material.
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