KR20160078580A - Manufacturing Method For High Crystalline Thermoelectric Film - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a method for manufacturing a high crystalline thermoelectric film which includes a step of manufacturing a poly (3- hexythiopene) film by bar-coating the upper part of a substrate with a coating solution including poly (3- hexythiopene) (P3HT). The present invention provides a high crystalline P3HT film according to the manufacturing method. Thereby, a thermoelectric element with improved thermoelectric property can be obtained. Also, because the method for manufacturing the P3HT of the present invention can manufacture a uniform film with large size, a large-sized thermoelectric element can be efficiently manufactured.

Description

결정성이 높은 열전 필름의 제조방법 {Manufacturing Method For High Crystalline Thermoelectric Film}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-

본 발명은 결정성이 높은 열전 필름의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a thermally-conductive film having high crystallinity.

열전소재는 열에너지를 전기에너지로 바꾸어 줄 수 있기 때문에, 미래 에너지 소재로 많은 연구가 진행되고 있다. 열전소재 및 소자에 관한 연구는 1950년대부터 발전을 거듭하여 불과 수년 사이에 열전 성능이 기존의 것에 비해 2~3배 정도 높은 재료들이 개발되었고 재료로는 Bi-Te, Pb-Te, Si-Ge 및 Fe-Si 계 합금을 기본으로 하는 재료가 가장 널리 이용되었다. Because thermoelectric materials can convert thermal energy into electrical energy, much research has been done on future energy materials. Researches on thermoelectric materials and devices have been developed since the 1950s and have developed thermoelectric properties two to three times higher than those of existing ones over a period of years. Bi-Te, Pb-Te, Si-Ge And Fe-Si-based alloys are the most widely used materials.

이들 열전재료의 에너지 변환효율을 나타내는 열전 성능지수는 상온에서 1 이하의 값을 보여 왔으며 이를 통하여 얻을 수 있는 최대 냉각효율은 약 8%로 다양한 전자기기에 사용이 제한되었다. 1960년대 이후로 열전 성능지수의 향상이 어려웠지만 나노 기술의 발달로 인해서 열전 성능지수의 세 가지 변수를 따로 분리시켜서 증가시킬 수 있었다. 이것이 2000년대의 열전 성능지수의 향상을 가지고 온 주된 원인이다. 2000년대 접어들면서 열전소재로 Bi2Te3, PbTe, ZnSb3, SiGe, BeSi2, MSb3(M=Co, Rb, In), CoFe3Sb, Ba8Si46, NaCo2Ox, CaCo4O9 등의 화합물 반도체에서 세라믹에 이르는 다양한 재료가 연구되고 있으며,최근 들어서는 이들을 소재로 한 초격자 제조, 포논 유리 전자격자(phonon glass- electron crystal)에 의한 열전도도 저하구조, 강산란 전자계, 저차원 구조의 이용, heavy femion 등 구조제어 기술이 제안되어, 열전 성능지수를 연속적으로 향상시키는 성과를 내고 있다.
The thermoelectric performance index showing the energy conversion efficiency of these thermoelectric materials showed a value of less than 1 at room temperature, and the maximum cooling efficiency obtained through this was about 8%, which was limited to various electronic devices. Since the 1960 's, it was difficult to improve the thermoelectric performance index. However, due to the development of nanotechnology, three parameters of thermoelectric performance index could be separated and increased. This is the main reason for the improvement of the thermoelectric performance index in the 2000s. In the 2000s, as a thermoelectric material, Bi 2 Te 3 , PbTe, ZnSb 3 , SiGe, BeSi 2 , MSb 3 (M = Co, Rb, In), CoFe 3 Sb, Ba 8 Si 46 , NaCo 2 Ox, CaCo 4 O 9 , and so on. Recently, a variety of materials ranging from compound semiconductors to ceramics have been studied. Recently, a superlattice made of these materials, a thermal conductivity reduction structure using a phonon glass-electron crystal, a strong scattering electromagnetic field, And heavy femion have been proposed to improve the thermoelectric performance index continuously.

대부분의 효율이 좋은 열전 소재들은 앞에서 언급한 희귀원소들을 포함한 무기물 재료로 만들어져 있어서 높은 가격과, 취성(brittleness), 대면적 증착의 어려움, 즉 산업화 기술로의 활용에 어려운 측면이 있다. Most efficient thermoelectric materials are made of inorganic materials including the above-mentioned rare elements, and thus have a difficulty in high price, brittleness, difficulty in large-area deposition, or utilization as industrialization technology.

이에 반해 유기물 재료는 무기물 재료에 비해서 가격이 싸고 대면적 증착이 가능하며, 높은 인성(toughness), 탄성(elasticity)과 낮은 열전도도를 가지고 있으며, 용액 공정 적용으로 공정비용을 줄이 수 있고, 다양한 유/무기 재료와 혼합할 수 있어 최근에는 유기물 재료를 이용한 열전 소자에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
On the other hand, organic materials have lower toughness, elasticity and low thermal conductivity than inorganic materials, and can be processed at a lower cost. In recent years, researches on thermoelectric devices using organic materials have been actively carried out.

유기물 재료 중에서도 전도성 고분자 열전소재는 무기 열전소재에 비해 그 열전특성은 떨어지지만, 가공성이 좋고 유연성이 있기 때문에 유연, 인쇄, 저가 열전소자에 적용이 가능한 소재로 인식되고 있다. 특히, polypyrrole, polyaniline, polycarbazole, polythiophene, poly(3,4-ethlyenedioxythiophene)(PEDOT), poly(4-styrene sulfonic acid)(PSS) 등과 같은 전도성 고분자의 열전 특성은 많은 연구자들의 기대를 받고 있다.
Among the organic materials, conductive thermoelectric materials have lower thermoelectric properties than inorganic thermoelectric materials, but they are recognized as materials that can be applied to flexible, printing, and low cost thermoelectric devices because of their good processability and flexibility. In particular, the thermoelectric properties of conductive polymers such as polypyrrole, polyaniline, polycarbazole, polythiophene, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly (4-styrene sulfonic acid) (PSS)

상기 고분자 필름의 열전 특성을 높은 수준으로 향상시키기 위해 하이드라진(hydrazine) 용액을 이용하여 전도성 고분자인 PEDOT:PSS의 전기 전도도를 최고 1,260 S/cm의 수준으로 향상시켜 열전 특성 또한 더 향상된 PEDOT:PSS 박막의 열전 소재가 보고된 바 있다.
In order to improve the thermoelectric properties of the polymer film to a high level, the electrical conductivity of the conductive polymer PEDOT: PSS was increased to a level of 1,260 S / cm up to 1,260 S / cm using a hydrazine solution, and the PEDOT: PSS thin film Have been reported.

여러 가지 고분자 열전소재 중에서 전기전도도가 높은 공액 고분자가 주로 사용되고 있으나, 공액 고분자는 용매에 대한 용해성이 매우 떨어지기 때문에, 열전 소자화를 위한 공정의 어려움이 있다. 그러나, Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)는 가공성이 우수하기 때문에, 열전 소자화를 위한 공정에 매우 적합한 소재이다. 이는 PEDOT과 같은 다른 많은 공액 고분자가 용매에 대한 용해도가 떨어지는 반면, P3HT는 유기용매에 용해성이 높기 때문에 바코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅과 같은 인쇄 공정에 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문이다. Among the various polymer thermoelectric materials, a conjugated polymer having a high electrical conductivity is mainly used, but the conjugated polymer has a very low solubility in a solvent, so that a process for thermoelectric conversion is difficult. However, since poly (3-hexylthiophene) (P3HT) has excellent processability, it is a material suitable for a process for thermoelectric conversion. This is because many other conjugated polymers such as PEDOT have low solubility in solvents, while P3HT has a high solubility in organic solvents and can be applied to printing processes such as bar coating, screen printing and ink jet printing.

그러나 상기와 같은 장점에도 불구하고, 보고된 논문 등의 자료에 따르면, P3HT필름의 열전 특성이 상대적으로 낮기 때문에 열전 소자화를 위해서는 열전 특성 향상이 필수적이다.
However, despite the above advantages, according to the data of the reported papers and the like, the thermoelectric property of the P3HT film is relatively low, so it is essential to improve the thermoelectric property for thermoelectric conversion.

이와 관련하여, 일본 등록특허 JP 제2002-119771호에서는 polythiopene을 이용한 필름의 제조방법에 관한 연구 중에서, 유기열전 재료에 무기열전 재료를 복합화함으로써, 가공성의 면에서는 유기열전 재료와 같이 우수하며 열전특성의 면에서는 무기열전 재료와 같이 우수하며 n 형 열전특성을 나타내는 열전소재가 보고된 바 있다.
In this regard, Japanese Patent Registration No. JP-A-2002-119771 discloses a method for producing a film using polythiopene, wherein the inorganic thermoelectric material is compounded with an organic thermoelectric material, thereby being excellent in workability as an organic thermoelectric material, Thermoelectric materials which are superior to inorganic thermoelectric materials and exhibit n-type thermoelectric properties have been reported.

이에, 본 발명에서는 열전 특성이 향상된 열전필름을 제조하기 위해 연구하던 중, 와이어-바 코팅법을 이용하여 고 결정성의 열전 필름 및 열전 특성이 향상된 열전소자 기술을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, in the present invention, a thermoelectric film having a high crystallinity and a thermoelectric device having improved thermoelectric properties have been developed using a wire-bar coating method, and the present invention has been completed.

일본특허 제2002-119771호(2009.04.24 등록)Japanese Patent No. 2002-119771 (registered on April 24, 2009)

J. Mater. Chem. A, vol.2 (2014) p.7288-7294 J. Mater. Chem. A, vol.2 (2014) p.7288-7294

본 발명의 목적은 결정성이 높은 열전 필름의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thermoelectric film having high crystallinity.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,In order to achieve the above object,

폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 열전 필름의 제조방법을 제공한다.
(3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate to form a poly (3-hexylthiophene) film, wherein the poly (3-hexylthiophene) to provide.

또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,

상기 제조방법으로 제조된 열전 필름을 제공한다.
A thermoelectric film produced by the above production method is provided.

나아가, 본 발명은,Further,

상기 제조방으로 제조된 열전 필름; 및A thermoelectric film produced in the manufacturing room; And

상기 열전 필름 상부에 구비되는 전극;을 포함하는 열전소자를 제공한다.
And an electrode provided on the thermoelectric film.

더 나아가, 본 발명은,Further,

폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하며,A process for producing a poly (3-hexylthiophene) film by bar-coating a coating liquid containing poly (3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate,

30 ㎼/mk2 이상의 열전특성을 갖는 것을 특징으로 하는 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법을 제공한다.
And has a thermoelectric property of 30 ㎼ / mk 2 or more.

본 발명에서는 와이어-바 코팅법을 사용한 P3HT 필름의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 고 결정성의 P3HT 필름을 제공함으로써 열전 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 P3HT 필름의 제조 방법은 간단하게 대면적으로 균일한 필름을 제조할 수 있기 때문에, 대면적 열전 소자 제작에 매우 효율적인 장점이 있다.
In the present invention, a method for producing a P3HT film using a wire-bar coating method and a highly crystalline P3HT film produced thereby can improve the thermoelectric properties. Further, since the method of producing the P3HT film of the present invention can easily produce a uniform film over a large area, there is an advantage that it is very efficient in manufacturing a large area thermoelectric element.

도 1은 본 발명에 따른 와이어-바 코팅법의 개략도이고;
도 2는 P3HT의 농도에 따른 필름 두께를 나타낸 그래프이고;
도 3은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 단계 2에서 제조된 P3HT필름을 원자힘현미경(AFM,Atomic Force Microscope)을 이용하여 관찰한 사진이고;
도 4는 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 단계 2에서 제조된 FeCl3가 도핑되지 않은 P3HT 필름의 X선 회절계(X-ray diffractometer)를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프이고;
도 5는 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 P3HT 필름을 원자힘현미경을 이용하여 관찰한 사진이고;
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 FeCl3가 도핑된 P3HT 필름의 X선 회절계(X-ray diffractometer)를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 그래프이고;
도 7은 실시예 1,2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 FeCl3가 도핑된 필름의 열전특성을 분석한 그래프이다.
1 is a schematic view of a wire-bar coating process according to the present invention;
2 is a graph showing the film thickness according to the concentration of P3HT;
3 is a photograph of the P3HT film produced in step 2 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 observed using an atomic force microscope (AFM);
4 is a graph showing the results of analysis of an FeCl 3 -doped P3HT film prepared in the step 2 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 using an X-ray diffractometer;
5 is a photograph of the P3HT film prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 observed using an atomic force microscope;
6 is a graph showing the results of analysis of FeCl 3 -doped P3HT films prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 by using an X-ray diffractometer;
FIG. 7 is a graph showing the thermoelectric characteristics of FeCl 3 -doped films prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은,According to the present invention,

폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 열전 필름의 제조방법을 제공한다.
(3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate to form a poly (3-hexylthiophene) film, wherein the poly (3-hexylthiophene) to provide.

이하, 본 발명에 따른 열전 필름의 제조방법을 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a thermoelectric film according to the present invention will be described in detail.

일반적으로 유기 열전 소재로서, 유기소재 중 전기전도도가 높은 공액 고분자가 주로 사용될 수 있으나, 상기 공액 고분자는 보통 용매에 대한 용해성이 매우 떨어지기 때문에, 열전 소자화를 위한 공정이 매우 어렵다는 단점이 있다. 그러나, Poly(3-hexylthiophene)(P3HT)는 유기용매에 대한 용해성이 뛰어나기 때문에, 열전 소자화를 위한 공정에 매우 적합한 소재이다.
Generally, as the organic thermoelectric material, a conjugated polymer having a high electrical conductivity among organic materials can be mainly used. However, since the conjugated polymer generally has a very low solubility in a solvent, it is disadvantageous in that the process for thermoelectric conversion is very difficult. However, since poly (3-hexylthiophene) (P3HT) has excellent solubility in an organic solvent, it is a material suitable for a process for thermoelectric conversion.

본 발명에 따른 열전 필름의 제조 방법에 있어서, 폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)이 포함된 코팅액을 제조한 후 상기 코팅액을 기판 상부에 바 코팅하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조할 수 있다.
In the method for producing a thermoelectric film according to the present invention, a coating liquid containing poly (3-hexylthiophene) (P3HT) is prepared and then the coating liquid is bar-coated on the substrate to form a poly (3-hexylthiophene) Can be manufactured.

우선, 전도성 고분자로서 용해성이 뛰어난 P3HT을 사용하여 용매에 용해시켜 코팅액을 제조할 수 있으며, 이때 상기 용매는 디클로로벤젠(Dicholrobenzene,DCB),클로로포름 (Chloroform), 톨루엔(Toluene), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane,TCE), 클로로벤젠(Chlorobenzene,CB) 등을 사용할 수 있으나, 디클로로벤젠을 사용하는 것이 바람직하다.
First, as a conductive polymer, a coating solution can be prepared by dissolving P3HT having excellent solubility in a solvent, wherein the solvent is selected from the group consisting of Dicholrobenzene (DCB), chloroform (chloroform), toluene (Toluene), tetrachloroethane , TCE), chlorobenzene (CB) and the like can be used, but dichlorobenzene is preferably used.

다음으로, 상기 제조된 코팅액을 기판 상부에 바-코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조할 수 있다. Next, a poly (3-hexylthiophene) film can be prepared by bar-coating the above prepared coating solution on the substrate.

본 발명에 따른 바-코팅의 개략도를 도 1에 나타내었으며, 예를 들어, 와이어-바(wire bar)를 사용하여 약 10mm/s의 속도를 유지하면서 코팅을 수행할 수 있다. A schematic view of a bar-coating according to the present invention is shown in FIG. 1, and coating can be carried out, for example, using a wire bar at a rate of about 10 mm / s.

상기 코팅 후 실온에서 건조 및 90 내지 180 ℃의 온도에서 열처리하여 P3HT 필름을 제조할 수 있다. 만약 상기 열처리의 온도가 90℃ 미만일 경우 필름 내 용매가 남을 수 있는 문제가 있고, 180℃를 초과할 경우 고분자 필름이 열에 의한 손상이 될 수 있는 문제점이 있다.
After the coating, the P3HT film may be dried at room temperature and then heat-treated at a temperature of 90 to 180 ° C. If the temperature of the heat treatment is less than 90 ° C, the solvent may remain in the film. If the temperature exceeds 180 ° C, the polymer film may be damaged by heat.

또한, 기판과 P3HT 필름 사이에 고분자를 포함한 중간층(interlayer)을 더 포함할 수 있다. 상기 중간층은 기판과 P3HT 열전필름의 분리를 방지하고, 기판 상에 매끄러운 층을 형성하는 역할을 한다. 상기 고분자는 폴리이미드, 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카모네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 및 폴리에테르설폰(PES)등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. Further, it may further include an interlayer including a polymer between the substrate and the P3HT film. The intermediate layer serves to prevent separation of the substrate and the P3HT thermoelectric film and to form a smooth layer on the substrate. The polymer may be polyimide, polyvinylidene (PVDF), polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone , But is not limited thereto.

상기 중간층은 상기 고분자 전구체를 스핀 코팅법, 드랍 캐스팅법, 닥터블레이딩법, 스프레이 코팅법 및 바 코팅법등을 통하여 형성될 수 있다.
The intermediate layer may be formed by spin coating, drop casting, doctor blading, spray coating, or bar coating, for example, on the polymer precursor.

한편, 상기 형성된 P3HT 필름 상부에 도핑제(dopants)를 도핑(doping)하는 단계를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the method may further include doping dopants on the P3HT film.

이는 상기 형성된 P3HT 필름을, 용매에 용해된 도핑제에 담금시키는 방법으로 수행할 수 있으며, 이때 상기 도핑제는 FeCl3, NOPF6, (CF3SO2)2N-, AuCl3 및 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane(F4-TCNQ) 등을 사용할 수 있으나, 염화철(FeCl3)을 사용하는 것이 바람직하다.This can be done by immersing the P3HT film formed in a solvent in a dopant dissolved in a solvent, wherein the dopant is FeCl 3 , NOPF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , AuCl 3 and , 5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ), and the like, but it is preferable to use iron chloride (FeCl 3 ).

이 후, 과량의 도핑제를 제거하기 위해 용매로 세척하고, 다른 잔류의 용매를 제거하기 위해 약 50 내지 100 ℃의 온도에서 열처리를 수행할 수 있다.
Thereafter, a heat treatment may be performed at a temperature of about 50 to 100 DEG C in order to remove excess doping agent, and to remove other remaining solvent.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되는 열전필름을 제공한다.
The present invention also provides a thermoelectric film produced by the above production method.

상기 열전필름은 열전특성이 향상된 P3HT 필름으로서, 상기 열전필름의 두께는 3.0 내지 5.0 ㎛인 것이 바람직하다. 만약, 상기 열전 필름의 두께가 3.0 ㎛ 미만일 경우, 결정성이 낮은 필름을 형성할 수 있으며, 이에 따라 열전필름의 열전특성이 상대적으로 낮은 문제점이 있고, 두께가 5.0 ㎛ 를 초과할 경우 필름이 기판으로부터 박리되거나 필름 내에 용매제거가 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
The thermoelectric film is a P3HT film having improved thermoelectric properties, and the thickness of the thermoelectric film is preferably 3.0 to 5.0 mu m. If the thickness of the thermoelectric film is less than 3.0 탆, a film having a low crystallinity can be formed. As a result, the thermoelectric properties of the thermoelectric film are relatively low. When the thickness exceeds 5.0 탆, And the solvent may be difficult to remove in the film.

나아가, 본 발명은, Further,

열전 필름; 및Thermoelectric film; And

상기 열전 필름 상부에 구비되는 전극;을 포함하는 열전소자를 제공한다.
And an electrode provided on the thermoelectric film.

본 발명에 따른 열전소자는, 기판 위에 형성된 열전 필름을 일정한 폭과 넓이로 패턴을 한 후, 상기 열전 필름의 상부에 열 증착법을 사용하여 전극이 적층되어 제조될 수 있다. The thermoelectric device according to the present invention can be manufactured by patterning a thermoelectric film formed on a substrate with a certain width and width, and then stacking electrodes on the thermoelectric film using a thermal evaporation method.

열전 필름의 특성은 성능 지수(figure of merit), 온도차에 따른 기전력(제벡계수), 열전도도, 전기전도도에 의해 평가되며, ZT = S2σT/κ 식으로 표현된다.The characteristics of the thermoelectric film are evaluated by a figure of merit, an electromotive force according to temperature difference (Seebeck coefficient), a thermal conductivity and an electric conductivity, and expressed as ZT = S 2 σT / κ.

상기 식에서 상기 ZT는 성능지수, S는 제벡계수, σ는 전기전도도(S/cm), κ는 열전도도(W/mK), T는 절대온도(K)를 나타낸다. 일반적으로 제벡계수와 전기전도도가 크고, 열전도도가 낮을수록 열전반도체의 성능지수는 높게 되어 열전현상에 의한 에너지 변환효율이 향상된다. 이때, 필름의 열전도도를 직접적으로 측정하는 것이 어렵기 때문에, 열전 특성을 평가하기 위한 대안으로 제벡계수의 제곱 및 전기전도도의 곱에 기초한 역률(power factor, S2σ)를 사용한다. Where Z is the performance index, S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity (S / cm), κ is the thermal conductivity (W / mK), and T is the absolute temperature (K). In general, the larger the Seebeck coefficient and the electrical conductivity, and the lower the thermal conductivity, the higher the figure of merit of the thermoelectric semiconductor, and the energy conversion efficiency by thermoelectric conversion is improved. At this time, since it is difficult to directly measure the thermal conductivity of the film, a power factor (S 2 σ) based on the square of the Seebeck coefficient and the product of the electric conductivity is used as an alternative for evaluating the thermoelectric properties.

본 발명에 따른 열전소자는 종래의 열전소자에 비해 전기 전도도가 현저히 증가함으로써 높은 열전특성을 나타낼 수 있다.
The thermoelectric device according to the present invention can exhibit high thermoelectric properties by significantly increasing the electrical conductivity as compared with the conventional thermoelectric device.

더욱 나아가, 본 발명은,Further,

폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하며,A process for producing a poly (3-hexylthiophene) film by bar-coating a coating liquid containing poly (3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate,

30 ㎼/mk2 이상의 열전특성을 갖는 것을 특징으로 하는 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법을 제공한다.
And has a thermoelectric property of 30 ㎼ / mk 2 or more.

이하, 본 발명에 따른 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법에 대해 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for improving the thermoelectric characteristics of the thermoelectric film according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법에 있어서, 폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바-코팅법으로 P3HT필름을 제조할 수 있다. In the method for improving the thermoelectric properties of the thermoelectric film according to the present invention, a P3HT film can be prepared by coating a coating solution containing poly (3-hexylthiophene) (P3HT) on the substrate by a bar coating method.

이때, 상기 코팅액의 P3HT 농도는 50 내지 150 mg/ml 인 것이 바람직하다.At this time, the P3HT concentration of the coating solution is preferably 50 to 150 mg / ml.

만약 상기 P3HT의 농도가 50 mg/ml 미만일 경우, 전도성 고분자의 양이 적기 때문에 열전특성과 전기전도도가 낮은 문제가 있고, 150 mg/ml를 초과할 경우 폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)이 용해되지 않아 균일한 필름을 만들 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
If the concentration of P3HT is less than 50 mg / ml, there is a problem of low thermoelectric properties and electrical conductivity due to a small amount of conductive polymer. When the concentration exceeds 150 mg / ml, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) May not be dissolved and a uniform film can not be formed.

상기 코팅액을 도 1에 도시하였듯이, 와이어-바를 사용한 바-코팅법을 통해 기판 상부에 코팅하여 P3HT 필름을 형성할 수 있으며, 상기 형성된 P3HT 필름의 열전 특성은 제백 계수 및 전기 전도도가 현저히 증가함으로써 열전 특성이 향상되어, 종래에 연구 중에서 보고된 P3HT 필름의 열전 특성을 능가하여 역률(power factor)이 30 ㎼/mk2 이상으로 매우 높은 열전특성을 나타낼 수 있다.
As shown in FIG. 1, the coating solution may be coated on a substrate by a bar-coating method using a wire-bar to form a P3HT film. The thermoelectric characteristics of the P3HT film formed by the coating solution may significantly increase the whitening coefficient and electrical conductivity, And the thermoelectric property of the P3HT film, which has been reported in the past, can be surpassed to provide a thermoelectric property with a power factor of 30 ㎼ / mk 2 or more.

또한, 상기 열전필름의 제조방법은 공정이 용이하고 다양한 방법으로 형성된 열전필름에 쉽게 적용할 수 있으며, 열전 특성을 효율적으로 향상시킬 수 있다. 또한 전도성 고분자와 무기 열전재료의 혼합물 타입의 재료에도 적용할 수 있어 다양한 열전 재료의 열전 특성 향상에 적용할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the method of manufacturing the thermoelectric film can be easily applied to a thermoelectric film formed by various methods, and the thermoelectric property can be efficiently improved. Further, it can be applied to a mixture type of a conductive polymer and an inorganic thermoelectric material, so that the present invention can be applied to improvement of thermoelectric properties of various thermoelectric materials.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples.

단, 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실시예 1> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 1Example 1 Preparation of FeCl 3 -doped P3HT Film 1

본 발명에 사용되는 열전필름을 제조하기 위해 Sigma-Aldrich 사의 P3HT를 사용하였다.P3HT from Sigma-Aldrich was used to prepare the thermoelectric films used in the present invention.

단계 1: 선행 문헌(Org. Electron. 2009, 10, 12-17)에 기재된 방법으로 폴리이미드(polyimide) 전구체를 합성한 후 유리 기판(76 mm × 26 mm) 상부에 스핀코팅하고 이를 열처리 하여 폴리이미드 중간층(interlayer)을 형성하였다. 이때, 형성된 폴리이미드 중간층의 두께는 약 60nm였다.
Step 1: A polyimide precursor was synthesized by the method described in a previous document (Org. Electron. 2009, 10, 12-17), spin-coated on a glass substrate (76 mm x 26 mm) To form a mid-layer interlayer. At this time, the thickness of the formed polyimide intermediate layer was about 60 nm.

단계 2: P3HT 필름을 제조하기 위해, P3HT의 농도가 50mg/mL가 되도록 σ-Dichlorobenze에 용해시킨 후 자석 교반기(magnetic stirrer)로 교반하여 코팅액을 제조하였다. 상기 코팅액을 상기 단계 1에서 형성된 폴리이미드 중간층 상부에 바-코팅(bar-coating)법을 통해 코팅하였다. 이때 0.21 mm 지름의 와이어가 감겨진 지름 1.3cm의 와이어-바(wire-bar)를 사용하였고, 약 10 mm/s의 속도를 유지하여 코팅을 수행하였다.Step 2: To prepare the P3HT film, the solution was dissolved in? -Dichlorobenzene so that the concentration of P3HT was 50 mg / mL, and the solution was stirred with a magnetic stirrer to prepare a coating solution. The coating solution was coated on the polyimide intermediate layer formed in Step 1 through a bar-coating method. At this time, a wire-bar having a diameter of 1.3 cm wound with a wire having a diameter of 0.21 mm was used, and coating was performed at a speed of about 10 mm / s.

그 후, 실온에서 2시간 동안 건조한 후 핫플레이트에서 90 ℃에서 10분, 150 ℃에서 30분 열처리하였다.
Thereafter, after drying for 2 hours at room temperature, heat treatment was performed on a hot plate at 90 占 폚 for 10 minutes and at 150 占 폚 for 30 minutes.

단계 3: 상기 단계 2에서 열처리된 P3HT필름을 용매 nitromethane에 용해시킨 0.03 M의 FeCl3 용액에 한 시간동안 침지시켰다. 이어서, 과량의 FeCl3 을 제거하기 위해 메탄올로 세척하였고, 이 후 잔류 용매를 제거하기 위해 90 ℃에서 10분동안 열처리하여 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였다.
Step 3: The P3HT film heat-treated in step 2 was immersed in a 0.03 M FeCl 3 solution dissolved in a solvent nitromethane for one hour. Subsequently, the resultant was washed with methanol to remove excess FeCl 3 , and then heat-treated at 90 ° C for 10 minutes to remove the residual solvent to prepare FeCl 3 -doped P3HT film.

<실시예 2> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 2&Lt; Example 2 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 2

실시예 1의 단계 2에서 P3HT의 농도가 150 mg/mL가 되도록 막자사발로 교반하여 코팅액인 페이스트(paste)를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the paste was prepared by stirring in a mortar so that the concentration of P3HT was 150 mg / mL in Step 2 of Example 1 to prepare FeCl 3 -doped P3HT film was prepared.

<비교예 1> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 3&Lt; Comparative Example 1 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 3

실시예 1의 단계 2에서 P3HT의 농도가 10 mg/mL가 되도록 코팅액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였다.
A P3HT film doped with FeCl 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid was prepared so that the concentration of P3HT was 10 mg / mL in the step 2 of Example 1.

<비교예 2> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 4&Lt; Comparative Example 2 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 4

실시예 1의 단계 2에서 P3HT의 농도가 20 mg/mL가 되도록 코팅액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였다.
A P3HT film doped with FeCl 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating solution was prepared so that the concentration of P3HT was 20 mg / mL in the step 2 of Example 1.

<비교예 3> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 5&Lt; Comparative Example 3 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 5

실시예 1의 단계 2에서 P3HT의 농도가 30 mg/mL가 되도록 코팅액을 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였다.
A P3HT film doped with FeCl 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating solution was prepared so that the concentration of P3HT was 30 mg / mL in the step 2 of Example 1.

<비교예 4> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 5&Lt; Comparative Example 4 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 5

선행문헌(Energy Environ. Sci. 2012, 5, p.9639-9644)에 개시된 방법으로 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였으며, 8.이때 상기 선행논문에 개시된 P3HT 필름의 코팅방법은 드롭-캐스팅(Drop-casting) 방법을 사용하였다.
P3HT film doped with FeCl 3 was prepared by the method described in the prior art (Energy Environ. Sci., 2012, 5, p.9639-9644). 8. At this time, the coating method of the P3HT film disclosed in the above- (Drop-casting) method was used.

<비교예 5> FeCl3가 도핑된 P3HT필름의 제조 6&Lt; Comparative Example 5 > Preparation of FeCl 3 -doped P3HT film 6

선행문헌(Energy Environ. Sci. 2012, 5, p.8351-8358)에 개시된 방법으로 FeCl3가 도핑된 P3HT필름을 제조하였으며, 8.이때 상기 선행논문에 개시된 P3HT 필름의 코팅방법은 드롭-캐스팅(Drop-casting) 방법을 사용하였다.
P3HT films doped with FeCl 3 were prepared according to the method described in the prior art (Energy Environ. Sci., 2012, 5, p.8351-8358). 8. At this time, the coating method of the P3HT film disclosed in the above- (Drop-casting) method was used.

<비교예 6> NOPF6가 도핑된 P3HT필름의 제조 1&Lt; Comparative Example 6 > Preparation of NOPF 6 -doped P3HT film 1

선행문헌(Phys. Rev. B 2010, 82, 115454)에 개시된 방법으로 NOPF6가 도핑된 P3HT필름을 제조하였으며, 이때 상기 선행논문에 개시된 P3HT 필름의 코팅방법은 드롭-캐스팅(Drop-casting) 방법을 사용하였다.
P3HT films doped with NOPF 6 were prepared by the method described in the prior art (Phys. Rev. B 2010, 82, 115454), wherein the coating method of the P3HT film disclosed in the prior art is a drop- Were used.

<실험예 1> <Experimental Example 1>

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 P3HT 용액의 농도를 달리하여 제조된 P3HT 필름의 두께를 알아보고자, 측정한 결과를 도 2에 나타내었다. The thickness of the P3HT film prepared by varying the concentration of the P3HT solution in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 was measured and the results are shown in FIG.

도 2에 나타낸 바와 같이, P3HT의 농도에 따라 520 ㎚ 내지 4.1㎛의 범위에 두께를 나타내었으며, 농도가 50 mg/ml 미만 일 때는 두께가 증가하지만, 그 이상 일 때는 거의 일정한 두께를 나타내는 것을 알 수 있다. 이에, 실시예 1, 2에서 제조된 필름의 두께는 각각 4.0㎛, 4.1㎛ 의 두께를 나타냈으며, 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.
As shown in Fig. 2, the thickness was in the range of 520 nm to 4.1 탆 according to the concentration of P3HT, and the thickness was increased when the concentration was less than 50 mg / ml, . Thus, the thicknesses of the films prepared in Examples 1 and 2 were 4.0 탆 and 4.1 탆, respectively, and there was no significant difference.

<실험예 2> AFM 분석<Experimental Example 2> AFM analysis

FeCl3가 도핑되지 않은 P3HT 필름의 구조 및 형상을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 단계 2에서 제조된 P3HT필름을 원자힘현미경(AFM,Atomic Force Microscope)을 이용하여 관찰하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to examine the structure and shape of the P3HT film not doped with FeCl 3 , the P3HT film prepared in step 2 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 was subjected to atomic force microscopy (AFM) The results are shown in Fig.

도 3의 (a)는 코팅액의 P3HT농도가 10mg/mL인 비교예 1, (b)는 20mg/mL 인 비교예 2, (c)는 30 mg/mL인 비교예 3, (d)는 50mg/mL인 실시예 1, (e)는 150mg/mL인 실시예 2의 단계 2에서 제조된 FeCl3가 도핑되지 않은 P3HT 필름의 AFM사진을 나타낸 것이다.3 (a) is Comparative Example 1 in which the P3HT concentration of the coating liquid is 10 mg / ml, Comparative Example 2 in which (b) is 20 mg / ml, Comparative Example 3 in which 30 mg / / mL in Example 1, (e) is an AFM photograph of the FeCl 3 -doped P3HT film prepared in Step 2 of Example 2 at 150 mg / mL.

도 3 나타낸 바와 같이, P3HT의 농도가 증가함으로써, 필름 표면에서의 나노 와이어(nanowire) 형태는 더욱 명확해지는 것을 관찰할 수 있다.
As shown in FIG. 3, it can be seen that the nanowire morphology on the film surface becomes more apparent as the concentration of P3HT increases.

한편, FeCl3가 도핑된 P3HT 필름의 구조 및 형상을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 P3HT 필름을 원자힘현미경을 이용하여 관찰하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.Meanwhile, in order to examine the structure and shape of the P3HT film doped with FeCl 3 , the P3HT films prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were observed using an atomic force microscope, Respectively.

도 5의 (a)는 코팅액의 P3HT농도가 10mg/mL인 비교예 1, (b)는 20mg/mL 인 비교예 2, (c)는 30 mg/mL인 비교예 3, (d)는 50mg/mL인 실시예 1, (e)는 150mg/mL인 실시예 2에서 제조된 FeCl3가 도핑된 P3HT 필름의 AFM사진을 나타낸 것이다.5 (a) shows Comparative Example 1 in which the P3HT concentration of the coating liquid is 10 mg / ml, Comparative Example 2 in which (b) 20 mg / ml, Comparative Example 3 in which 30 mg / / mL in Example 1, (e) is an AFM photograph of the FeCl 3 -doped P3HT film prepared in Example 2 at 150 mg / mL.

도 5에 나타낸 바와 같이, 도핑제인 FeCl3가 도핑된 P3HT 필름 표면에 25 내지 130 nm의 직경을 가진 입자의 존재를 알 수 있으나, 각 필름의 표면 형태는 농도에 상관없이 유사한 형태를 나타내었다. As shown in FIG. 5, the presence of particles having a diameter of 25 to 130 nm was observed on the surface of the P3HT film doped with FeCl 3, which is a dopant, but the surface morphology of each film showed a similar shape regardless of the concentration.

이는 도핑제의 삽입으로 인하여 P3HT 필름의 형태학적인 변화, 즉 나노와이어(nanowire) 형태의 구조에서 나노입자(nanoparticles) 형태의 구조로 P3HT 필름의 구조적인 변화를 일으키는 것으로 판단할 수 있다.
This can be interpreted as a morphological change of the P3HT film due to the insertion of the dopant, that is, a structural change of the P3HT film in a nanowire-like structure in the form of nanoparticles.

<실험예 3> XRD 분석<Experimental Example 3> XRD analysis

FeCl3가 도핑의 유무에 따른 P3HT 필름의 결정성을 알아보기 위해, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3의 단계 2에서 제조된 FeCl3가 도핑되지 않은 P3HT 필름의 X선 회절계(X-ray diffractometer)를 이용하여 분석한 결과를 도 4에 나타내었다.FeCl 3 is to determine the crystallinity of the P3HT film according to the presence or absence of doping, the Examples 1, 2 and Comparative Example 1 of the FeCl 3 is not doped P3HT film prepared in Step 2 of 1 to 3 X-ray diffractometer ( X-ray diffractometer). The results are shown in FIG.

도 4의 (a)는 코팅액의 P3HT농도가 10mg/mL인 비교예 1, (b)는 20mg/mL 인 비교예 2, (c)는 30 mg/mL인 비교예 3, (d)는 50mg/mL인 실시예 1, (e)는 150mg/mL인 실시예 2의 단계 2에서 제조된 도핑되지 않은 P3HT 필름의 XRD 패턴을 나타낸 것이다. 4 (a) is Comparative Example 1 in which the P3HT concentration of the coating liquid is 10 mg / ml, Comparative Example 2 in which (b) is 20 mg / ml, Comparative Example 3 in which 30 mg / / mL in Example 1, (e) shows the XRD pattern of the undoped P3HT film prepared in Step 2 of Example 2 at 150 mg / mL.

도 4에 나타낸 바와 같이, 코팅액 및 필름 두께의 증가에 따라, 피크의 강도가 커지는 것으로 보아, P3HT 필름의 결정성이 향상되는 것을 알 수 있다. As shown in Fig. 4, as the coating liquid and the film thickness increase, the intensity of the peak increases, indicating that the crystallinity of the P3HT film is improved.

특히, (d)50mg/mL와 (e)150mg/mL의 XRD 패턴에 있어서, 두께가 유사함에도 코팅액의 제조방법에 따라 P3HT 필름의 결정성에 영향을 받는 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that although the thicknesses are similar in the XRD patterns of (d) 50 mg / mL and (e) 150 mg / mL, the crystallinity of the P3HT film is influenced by the preparation method of the coating solution.

150mg/mL의 높은 농도의 코팅액을 유발기를 이용하여 제조할 경우, 전달력(Shear force)에 의해 코팅액 내에 P3HT 체인들이 정열하기 때문에 제조된 P3HT 필름의 결정성이 더 향상될 수 있다.When a coating solution having a high concentration of 150 mg / mL is prepared by using a stirrer, the crystallinity of the P3HT film produced can be further improved because the P3HT chains are aligned in the coating liquid by shear force.

한편, 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 FeCl3가 도핑된 P3HT 필름의 XRD 패턴을 도 6에 나타내었다.Meanwhile, the XRD patterns of FeCl 3 -doped P3HT films prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIG.

도 6의 (a)는 코팅액의 P3HT농도가 10mg/mL인 비교예 1, (b)는 20mg/mL 인 비교예 2, (c)는 30 mg/mL인 비교예 3, (d)는 50mg/mL인 실시예 1, (e)는 150mg/mL인 실시예 2에서 제조된 FeCl3가 도핑된 P3HT 필름의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.6 (a) is Comparative Example 1 in which the P3HT concentration of the coating liquid is 10 mg / ml, Comparative Example 2 in which (b) is 20 mg / ml, Comparative Example 3 in which 30 mg / ml is in (c) / mL in Example 1, (e) shows the XRD pattern of the FeCl 3 -doped P3HT film prepared in Example 2 at 150 mg / mL.

도 6에 나타낸 바와 같이, XRD 피크가 도핑제의 삽입으로 인해 도 4에 나타낸 필름들에 비하여 더 낮은 각도로 이동한 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 6, it can be seen that the XRD peak shifted at a lower angle than the films shown in FIG. 4 due to the dopant insertion.

또한, 150mg/mL의 농도를 갖는 페이스트로 코팅되어 제조된 필름인 실시예 2의 경우, 50mg/mL의 농도를 갖는 용액으로 제조된 필름인 실시예 1의 일차 피크의 강도가 훨씬 높은 것을 확인할 수 있다. Also, in the case of Example 2, which was a film produced by coating with a paste having a concentration of 150 mg / mL, it was confirmed that the intensity of the primary peak of Example 1, which was a film made of a solution having a concentration of 50 mg / mL, have.

상기 결과를 통해 코팅 용액의 농도 및 필름의 두께가 도핑 공정후에 P3HT의 분자 체인 패킹(packing)에 영향을 주는 것을 알 수 있다.
It can be seen from the above results that the concentration of the coating solution and the thickness of the film affect the molecular chain packing of P3HT after the doping process.

<실험예 4> 열전특성 분석&Lt; Experimental Example 4 >

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 6의 P3HT 필름의 열전 특성을 평가하기 위해서 전기 전도도와 제백 계수를 측정하여 열전 성능을 산출하였다. In order to evaluate the thermoelectric properties of the P3HT films of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6, the electrical conductivity and the whiteness coefficient were measured to calculate the thermoelectric performance.

먼저, 제백 계수를 측정하기 위해서는 열전소자를 제작하였으며, 상세하게는실시예 1,2 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 P3HT 필름 상부에 50 nm 두께의 금(Au) 전극을 열 증착하여 열전 소자를 제작하였다. 이때 전극의 넓이는 5 mm 이었다.First, a thermoelectric element was prepared to measure the whiteness factor. Specifically, a 50 nm thick gold (Au) electrode was thermally deposited on the P3HT film prepared in Examples 1, 2 and Comparative Examples 1 to 6, Respectively. The width of the electrode was 5 mm.

제작된 소자들의 제백 계수를 측정하기 위해서 온도 차이에 따른 전압 값이 측정되는 제백 계수 측정 장비를 사용하였고, 측정된 전기 전도도와 제백 계수로부터 열전 성능을 평가하였다.
In order to measure the whiteness coefficient of the fabricated devices, a whitish counting instrument was used. The thermocouple performance was evaluated from the measured electrical conductivity and whiteness coefficient.

상기 실시예 1,2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 FeCl3가 도핑된 필름의 열전특성에 관한 실험결과는 도 7에 나타내었으며, (a)는 제백 계수, (b)는 전기 전도도, (c)역률(power factor)을 나타낸 것으로서, 필름 두께에 따른 변화를 그래프로 나타낸 것이다.The experimental results of the thermoelectric properties of the FeCl 3 -doped films prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIG. 7, wherein (a) is the whitening coefficient, (b) is the electric conductivity, c) power factor, which is a graphical representation of the change with film thickness.

도 7에 나타낸 바와 같이, 필름 두께가 증가할수록 제백계수는 감소하고 전기전도도는 증가하며, 상기 제백계수와 전기전도도로 계산된 역률은 증가하는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 7, as the film thickness increases, the whitening coefficient decreases, the electric conductivity increases, and the power factor calculated by the whitening coefficient and the electric conductivity increases.

공액 고분자의 열적특성은 도핑 농도와 직접적인 관련이 있기 때문에, 상기 결과를 통해 공액 고분자의 도핑 농도가 증가할수록, 이에 따라 제백계수는 감소하고 전기전도도는 증가하며, 열적특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
Since the thermal properties of the conjugated polymer are directly related to the doping concentration, it can be seen from the above results that as the doping concentration of the conjugated polymer increases, the whitening coefficient decreases, the electrical conductivity increases, and the thermal characteristics are improved .

한편, 코팅 방법에 따른 열전특성을 알아보고자, 상기 실시예 1 및 비교예 3 내지 5에서 제조된 필름의 열전특성에 관한 실험결과를 표 1에 나타내었다.
Table 1 shows experimental results on the thermoelectric properties of the films prepared in Example 1 and Comparative Examples 3 to 5 in order to examine the thermoelectric properties according to the coating method.


열전필름

Thermoelectric film

코팅 방법

Coating method

도핑제
(dopants)

Doping agent
(dopants)

제백계수
[㎶ K-1]

Whitening factor
[㎶ K -1 ]

전기 전도도
[S cm-1]

Electrical conductivity
[S cm -1 ]
역률
(Power factor )
[㎼ m-1K-2]
Power factor
(Power factor)
[㎼ m -1 K -2 ]
실시예 2Example 2 와이어-바-코팅Wire-Bar Coating FeCl3 FeCl 3 37.2 37.2 254254 35.035.0 비교예 4 Comparative Example 4 드롭-캐스팅 Drop-casting FeCl3 FeCl 3 30 30 21 21 1.9 1.9 비교예 5 Comparative Example 5 드롭-캐스팅 Drop-casting FeCl3 FeCl 3 74 74 7 7 3.9 3.9 비교예 6 Comparative Example 6 드롭-캐스팅 Drop-casting NOPF6 NOPF 6 25 25 2.2 2.2 0.14 0.14

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 와이어-바 코팅법을 사용하여 제조된 P3HT 필름인 실시예 1의 경우 35.0 ㎼ m-1K- 2 의 높은 역률을 나타내었으며, 이는 드롭-캐스팅 방법으로 제조된 P3HT 필름인 비교예 4 내지 6 보다 현저히 높은 값으로서, 종래의 기술보다 향상된 열적특성을 나타내었다.
As shown in the above Table 1, the P3HT film prepared using the wire-bar coating method exhibited a high power factor of 35.0 ㎼ m -1 K - 2 in Example 1, Which is significantly higher than that of Comparative Examples 4 to 6, which is a film, and exhibited improved thermal properties than the conventional technique.

상기 실험 결과들을 통해, 본 발명에 따른 제조방법으로 형성된 P3HT 필름의 경우, P3HT 필름의 결정성을 향상시킴으로써 도핑된 P3HT 필름의 전기전도도가 증가하며, 이로 인해 효율적으로 P3HT의 열전 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
From the above experimental results, it can be seen that, in the case of the P3HT film formed by the manufacturing method according to the present invention, the electrical conductivity of the doped P3HT film is increased by improving the crystallinity of the P3HT film, thereby improving the thermoelectric property of P3HT efficiently Able to know.

Claims (10)

폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 열전 필름의 제조방법.
(3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate to form a poly (3-hexylthiophene) film.
제 1항에 있어서, 상기 코팅액에 포함되는 용매는 디클로로벤젠(Dicholrobenzene,DCB),클로로포름 (Chloroform), 톨루엔(Toluene), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane,TCE) 및 클로로벤젠(Chlorobenzene,CB)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열전 필름의 제조방법.
The coating solution according to claim 1, wherein the solvent contained in the coating solution is selected from the group consisting of Dicholrobenzene (DCB), chloroform, toluene, tetrachloroethane (TCE) and chlorobenzene Wherein the thermoelectric film is at least one selected from the group consisting of a fluorine-containing polymer and a fluorine-containing polymer.
제 1항에 있어서, 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름은 도핑제(dopants)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 필름의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the poly (3-hexylthiophene) film further comprises dopants.
제 3항에 있어서, 상기 도핑제는 FeCl3, NOPF6, (CF3SO2)2N-, AuCl3 및 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane(F4-TCNQ)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열전 필름의 제조방법.
4. The method of claim 3, wherein the dopant is selected from the group consisting of FeCl 3 , NOPF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , AuCl 3 and 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane -TCNQ). &Lt; / RTI &gt;
제 1항의 제조방법으로 제조된 열전 필름.
A thermoelectric film produced by the method of claim 1.
제 5항에 있어서, 상기 열전 필름은 폴리(3-헥실싸이오펜)(poly(3-hexythiopene), P3HT) 인 것을 특징으로 하는 열전 필름.
The thermoelectric film according to claim 5, wherein the thermoelectric film is poly (3-hexylthiophene) (P3HT).
제 5항에 있어서, 상기 열전필름의 두께는 3.0 내지 5.0㎛ 인 것을 특징으로 하는 열전 필름.
6. The thermoelectric film according to claim 5, wherein the thermoelectric film has a thickness of 3.0 to 5.0 mu m.
제 5항의 열전 필름; 및
상기 열전 필름 상부에 구비되는 전극;을 포함하는 열전소자.
A thermoelectric film of claim 5; And
And an electrode provided on the thermoelectric film.
폴리(3-헥실싸이오펜)(P3HT)가 포함된 코팅액을 기판 상부에 바 코팅(bar-coating)하여 폴리(3-헥실싸이오펜) 필름을 제조하는 단계;를 포함하며,
30 ㎼/mk2 이상의 열전특성을 갖는 것을 특징으로 하는 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법.
A process for producing a poly (3-hexylthiophene) film by bar-coating a coating liquid containing poly (3-hexylthiophene) (P3HT) on a substrate,
Wherein the thermoelectric film has a thermoelectric property of 30 &lt; RTI ID = 0.0 &gt; m / m &lt; / RTI &gt;
제 9항에 있어서, 상기 코팅액의 P3HT 농도는 50 내지 150 mg/ml 인 것을 특징으로 하는 열전 필름의 열전 특성을 향상시키는 방법.
10. The method of claim 9, wherein the P3HT concentration of the coating solution is 50 to 150 mg / ml.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200110175A (en) * 2019-03-13 2020-09-23 한양대학교 산학협력단 Self-healable and stretchable organic thermoelectric materials and method of preparing the same
KR102353552B1 (en) * 2020-08-13 2022-01-19 아주대학교산학협력단 Method of manufacturing transparent and electrically conductive organic film and conductive organic film and devices manufactured by the method
KR102353622B1 (en) * 2021-10-28 2022-01-20 한국화학연구원 Polymer thermoelectric material comprising gold nanoparticles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002119771A (en) 2000-10-18 2002-04-23 Ccp:Kk Remotely operated traveling toy
KR20110078179A (en) * 2009-12-30 2011-07-07 삼성전자주식회사 Thermoelectric touch sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002119771A (en) 2000-10-18 2002-04-23 Ccp:Kk Remotely operated traveling toy
KR20110078179A (en) * 2009-12-30 2011-07-07 삼성전자주식회사 Thermoelectric touch sensor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Mater. Chem. A, vol.2 (2014) p.7288-7294
논문(2011. 11. 04) *
논문(2013. 01. 24) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200110175A (en) * 2019-03-13 2020-09-23 한양대학교 산학협력단 Self-healable and stretchable organic thermoelectric materials and method of preparing the same
KR102353552B1 (en) * 2020-08-13 2022-01-19 아주대학교산학협력단 Method of manufacturing transparent and electrically conductive organic film and conductive organic film and devices manufactured by the method
KR102353622B1 (en) * 2021-10-28 2022-01-20 한국화학연구원 Polymer thermoelectric material comprising gold nanoparticles

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