KR20160109658A - Thermoelectric module and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전 발전에 이용되는 열전 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소형이고 다수인 열전 소자의 쌍을 여러 개 포함하여 구성되는 열전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device used in a thermoelectric generator and a method of manufacturing the thermoelectric module, and more particularly, to a thermoelectric module including a plurality of small and plural thermoelectric elements and a method of manufacturing the same.
고체 상태인 소재의 양단에 존재하는 온도차에 의해 열 의존성을 갖는 전자(혹은 홀)는 양단에서 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. 이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다. The difference in the concentration of electrons (or holes) having heat dependence due to the temperature difference at both ends of the solid material occurs at both ends, and this is caused by an electric phenomenon, that is, a thermoelectric phenomenon. Such a thermoelectric phenomenon can be classified into a thermoelectric power generating electric energy and a thermoelectric cooling / heating which causes a temperature difference at both ends by electric power supply.
열전 현상을 보이는 열전 소재는 발전과 냉각 과정에서 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 산업 폐열, 자동차 폐열에서 전력을 생산함으로써 연비 향상 및 CO2 감축할 수 있는 기술로 관심이 높다. Thermoelectric materials exhibiting thermoelectric properties have been studied in many ways because they have environmental and sustainable advantages in power generation and cooling processes. Especially, it is interested in technology to improve fuel efficiency and CO 2 by producing electric power from industrial waste heat and automobile waste heat.
일반적으로 열전 디바이스는 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p형 열전소자(thermoelectric element)와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n형 열전소자로 이루어진 p-n 열전소자 1쌍이 기본 단위가 될 수 있으며, 이러한 p-n 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하면서 p-n 열전소자 상부 및 하부의 전극, 그리고 절연 기판극으로 구성된 모듈 타입으로 구성될 수도 있다. In general, a thermoelectric device can be a basic unit of a p-type thermoelectric element that moves a hole to move heat energy, and a pair of pn thermoelectric elements that is an n-type thermoelectric element that moves electrons by the movement of electrons. A module type comprising a plurality of pairs of thermoelectric elements and electrodes above and below the pn thermoelectric elements and an insulating substrate pole.
도 1은 종래의 일반적인 열전 모듈을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing a conventional thermoelectric module.
도 1을 참조하면, 종래 열전 모듈(60')은 p형 열전소자(64)와 n형 열전 소자(65)를 구비한다. 한 쌍의 절연 기판(61, 62)에는 각각 소정 패턴으로 전극(63)이 부착되어 p형과 n형 열전소자(64, 65)는 전극(63)에 의해 전기적으로 연결된다. Referring to FIG. 1, a conventional thermoelectric module 60 'includes a p-type
절연 기판(61, 62) 사이의 온도차가 있으면 p형 열전소자(64)와 n형 열전소자(65) 사이에 기전력이 발생하고 이것을 단자에 연결된 리드선을 통해 외부로 뽑아낸다. 이와 같이, 종래의 열전 모듈은 p형 열전소자(64)와 n형 열전소자(65)로 구성된 쌍을 사용 조건에 맞게 반복하여 배열한 구조를 가진다. 그리고, 각 쌍은 전극(63)으로 연결되며, 전극(63)은 절연 기판(61, 62)과 연결된다. 즉, 일반적인 열전 모듈은, 다수의 열전소자가 평면적으로 형성되도록 p형과 n형 열전소자(각각 대개 기둥형이므로 레그라고 부르기도 한다)를 규칙적으로 배치해, 이들의 열전소자를 전기적으로 직렬 접속, 열적으로는 병렬 접속한 것이다.If there is a temperature difference between the
이러한 열전 모듈을 제조하는 기존의 방법으로는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 것이 알려져 있는데, 집적된 p-n 열전소자간 간격이 커서 단위면적당 열전소자 수를 증가시키는 데에 한계가 있다. 또한, 제조상으로도 개별 p-n 열전소자를 일일이 절연 기판에 형성된 전극에 접합하는 것과 같이 여러 공정을 거쳐야 하며, 이에 따라 제조 비용이 증가하고 제품의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.As a conventional method of manufacturing such a thermoelectric module, it is known to separately form p-type and n-type thermoelectric elements and then to integrate them into an insulating substrate. The spacing between the integrated pn thermoelectric elements is large to increase the number of thermoelectric elements per unit area There is a limit to what you can do. Also, in manufacturing, various processes such as joining individual p-n thermoelectric elements to electrodes formed on an insulating substrate are required to be performed, thereby increasing the manufacturing cost and decreasing the reliability of the product.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 단위면적당 보다 많은 열전소자를 집적하여 출력밀도(power density)가 증가된 열전 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thermoelectric module in which the power density is increased by integrating more thermoelectric elements per unit area and a method of manufacturing the thermoelectric module.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 열전 모듈 제조방법은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조하는 단계; 상기 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자(thermoelectric element)와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻는 단계; 및 상기 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thermoelectric module including: fabricating a stack by alternately stacking a p-type wafer and an n-type wafer with an insulating adhesive; Slicing the stack along two mutually orthogonal directions perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod comprising a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements; And stacking the bars to form a grid-like block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate with each other.
본 발명에 따른 다른 열전 모듈 제조방법은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 번갈아 적층해 스택을 제조하는 단계; 상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 제1 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 상기 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번하도록 상기 블록 사이를 상기 단열 접착제로 결합하여 적층하는 단계; 및 적층된 상기 블록을 상기 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 제2 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함한다.Another method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention comprises: preparing a stack by alternately stacking p-type wafers and n-type wafers with an insulating adhesive; A step of slicing the stack along a direction perpendicular to a base surface of the stack to obtain a block in which a p-type thermoelectric bar and an n-type thermoelectric bar are alternately stacked; Bonding the blocks between the p-type thermoelectric bar and the n-type thermoelectric bar such that the first slicing faces are opposed to each other and stacking the blocks with the heat insulating adhesive; And forming a lattice-shaped block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate by slicing the stacked block in a direction crossing the first slicing face.
본 발명에 따른 열전 모듈 제조방법들에 있어서, 상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼는 SPS(Spark Plasma Sintering) 또는 핫프레스(Hot Press)로 소결하여 제조된 잉곳을 슬라이싱한 것이 바람직하다.In the thermoelectric module manufacturing methods according to the present invention, it is preferable that the p-type wafer and the n-type wafer are sliced by an ingot manufactured by sintering by SPS (Spark Plasma Sintering) or Hot Press.
상기 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 각각의 두께는 0.01 mm에서 10mm일 수 있다. 바람직하게는 0.1mm에서 2mm이다. The thickness of each of the p-type wafer and the n-type wafer may be 0.01 mm to 10 mm. Preferably 0.1 mm to 2 mm.
상기 막대를 집적하는 단계는 상기 막대 사이를 상기 단열 접착제로 결합하는 것일 수 있다. The step of integrating the bars may be to bond the bars with the adiabatic adhesive.
상기 단열 접착제는 경화성 물질에 무기 분말이 충전된 것일 수 있다. 상기 무기 분말은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 금속 수산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 경화성 물질은 실리콘 수지, 아크릴, 폴리우레탄, 에폭시(Epoxy), 폴리 이미드(Poly Imide) 및 폴리 아미드(Poly Amide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The heat insulating adhesive may be a curable material filled with an inorganic powder. The inorganic powder may include at least one of metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and metal hydroxides. The curable material may include at least one of silicone resin, acryl, polyurethane, epoxy, polyimide, and polyamide.
하나의 구체적인 실시예에서, 상기 막대를 얻는 단계는, 상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 및 상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록을 2차 슬라이싱하는 단계를 포함한다.In one specific embodiment, the step of obtaining the bar comprises: first slicing the stack along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which a p-type thermoelectric bar and an n-type thermoelectric bar are alternately stacked; And secondary slicing the block in a direction crossing the primary slicing plane.
본 발명에 따른 열전 모듈은 필 팩터(Fill Factor : 열전소자 총면적 / 모듈 면적)가 0.8 이상이 되도록 제조될 수 있다.The thermoelectric module according to the present invention may be manufactured such that the fill factor (total area of the thermoelectric element / module area) is 0.8 or more.
본 발명에 따른 열전 모듈은 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 웨이퍼로부터의 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번되고 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자 사이는 단열 접착제로 결합되어 있다.The thermoelectric module according to the present invention has a p-type thermoelectric element and an n-type thermoelectric element alternating with each other from a wafer produced by sintering by SPS or hot press, and the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element are bonded with an insulating adhesive.
본 발명에 따르면, SPS 또는 핫프레스로 소결된 웨이퍼를 단열 접착제로 스택킹하여 열전 모듈을 제조함으로써 단위면적당 보다 많은 열전소자를 집적하여 열전 모듈의 출력밀도를 증가시킬 수 있다. According to the present invention, the output density of the thermoelectric module can be increased by stacking more than one thermoelectric elements per unit area by stacking the wafers sintered with SPS or hot press with a heat insulating adhesive to manufacture thermoelectric modules.
본 발명에서는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 방식이 아니라, 스택을 자른 블록, 또는 블록을 자른 막대와 같이 일괄적으로 p형 열전재료와 n형 열전재료의 집합체를 이용하여 집적함으로써, 보다 손쉽게 적은 공정 횟수로 열전 모듈을 제조하는 것이 가능하다. 이와 같이 보다 간단한 제조 공정에 따라, 제조 비용을 줄일 수 있고 제품의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. In the present invention, the p-type thermoelectric material and the n-type thermoelectric material are not collectively formed on the insulating substrate after the p-type and n-type thermoelectric elements are separately formed, It is possible to more easily manufacture the thermoelectric module with a smaller number of processes. In this way, according to a simpler manufacturing process, the manufacturing cost can be reduced and the reliability of the product can be increased.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 일반적인 열전 모듈을 개략적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제조한 격자 형태 블록의 사진이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the description of the invention, It should not be construed as limited.
1 is a partially cutaway perspective view schematically showing a conventional thermoelectric module.
2 is a flowchart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
6 is a photograph of a lattice-type block manufactured according to an experimental example of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이고 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. The shape of the elements and the like in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer description, and the same reference numerals denote the same elements.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 열전 모듈 제조방법은 스택 제조 단계(s1), 슬라이싱 단계(s2) 및 집적 단계(s3)를 포함한다. Referring to Fig. 2, the method of manufacturing a thermoelectric module of the present invention includes a stack manufacturing step (s1), a slicing step (s2), and an integrating step (s3).
스택 제조 단계(s1)에서는 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼 사이를 단열 접착제로 결합하여 교번 적층해 스택을 제조한다. '교번' 적층은 잘 알려진 바와 같이 번갈아 적층하는 것을 의미한다. 예를 들어 p형, n형, p형, n형, … 순서로 적층될 수 있도록 번갈아 적층한다. In the stack manufacturing step (s1), p-type wafers and n-type wafers are bonded with an adiabatic adhesive to produce alternating stacks. &Quot; Alternating " stacking means alternately stacking as is well known. For example, p-type, n-type, p-type, n-type, ... Are alternately laminated so as to be stacked in this order.
슬라이싱 단계(s2)에서는 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻게 된다. '스택의 베이스 표면' 이라 함은 p형 웨이퍼 및 n형 웨이퍼의 넓은 면에 대응된다.In the slicing step (s2), the stack is sliced along two mutually orthogonal directions perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod including a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements. The 'base surface of the stack' corresponds to the wide surface of the p-type wafer and the n-type wafer.
집적 단계(s3)에서는 이러한 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하게 된다. 스택은 적층 방향을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번하고, 격자 형태 블록은 행을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번할 뿐 아니라 열을 따라 p형, n형, p형, n형, … 순서로 교번하게 된다. In the integration step (s3), these rods are integrated to form a lattice type block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate. The stack is stacked along the stacking direction to form p-type, n-type, p-type, n-type, ... And the lattice-type blocks are arranged in the order of p-type, n-type, p-type, n-type, In addition to alternating in sequence, the p-type, n-type, p-type, n-type, Alternating in order.
이러한 제조방법에 관하여 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. This manufacturing method will be described in more detail with reference to Fig.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다. FIG. 3 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)를 참조하면, 먼저 도 2의 스택 제조 단계(s1)를 수행하여 스택(30)을 제조한다. 스택(30)은 p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20)를 교번 적층해 제조하며, p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20) 사이는 단열 접착제(15)로 결합하여 제조한다. 단열 접착제(15)가 상온에서 작동하는 경우에는 스택(30) 제조 단계가 상온에서 수행되며, 열경화성 물질 등을 사용하는 단열 접착제(15)인 경우에는 적층 후 고온에서 큐어링하는 단계가 필요하다. Referring to FIG. 3 (a), first the stack manufacturing step (s1) of FIG. 2 is performed to manufacture the
p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)는 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 것일 수 있다. SPS 또는 핫프레스는 가압 소결방식이고, 이러한 가압 소결 방식에 의해 소결될 때, 열전 재료는 높은 소결 밀도와 열전 성능 향상 효과를 얻기 용이할 수 있다. SPS 방식은 분말 성형체의 입자 간극에 직접 펄스상의 전기 에너지를 투입하여, 불꽃 방전에 의해 순식간에 발생하는 방전 플라즈마의 고에너지를 열확산, 전기장의 작용 등에 의해 효과적으로 응용하는 공정이다. 급속한 승온이 가능하기 때문에 입자의 성장을 제어할 수 있고, 단시간에 치밀한 소결체를 얻을 수 있으며, 난소결 재료라도 용이하게 소결 가능하다는 장점이 있다. 핫프레스는 100 ~ 200Mpa의 높은 압력과 고온을 이용하는 것이고, 소정량의 분말 또는 성형체를 캡슐에 충전하고, 탈기 밀봉하고, 가압하면서 동시에 승온해 소결하는 방법이다.The p-
대량생산 측면에서는 p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)가 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조한 잉곳에서 슬라이싱한 웨이퍼인 것임이 바람직하다. 이 때의 열전 재료는 소결 가능한 모든 열전 재료일 수 있다. 열전 재료는 바람직하게는 반도체, 금속, 금속 합금, 반금속, 또는 이들의 조합이다. 스커터루다이트(skutterudite), 클라스레이트(clathrate), 하프-호이슬러(Half-Heusler) 금속간 합금, 진틀 상(Zintl phase), 안티몬화 아연, 칼코게나이드(chalcogenide), 실리콘 게르마늄 및 Pb-Te 기반 재료의 반도체가 바람직하다. 결정성장 방법으로 제조한 웨이퍼를 사용하는 경우에는 결정성장 가능한 물질에 제한이 있고 기계적 강도가 좋지 않은 경우가 있다. 본 발명에서는 소결하여 제조한 펠렛 또는 웨이퍼를 사용하므로 사용 가능한 물질에 제한이 적고 기계적 강도가 우수하다. In terms of mass production, it is preferable that the p-
p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20) 각각의 두께는 제조 및 취급 용이성, 원하는 열전 모듈의 크기를 고려하여 결정할 수 있는데, 0.01 mm에서 10mm일 수 있다. 바람직하게는 0.1mm에서 2mm이다. The thickness of each of the p-
단열 접착제(15)는 세라믹 글루 또는 폴리머 글루라고도 불리며, 경화성 물질에 단열 무기 분말이 충전된 것이다. 가격적인 이점과 열전도 성능이 좋아 열적인 접합 계면에 많이 사용되고 있으며, 특히 고정이 용이하다는 이점이 있어, 다양한 형태로 사용되고 있다. The
단열 접착제의 열전도율을 저감시키려면, 경화성 수지에 열전도성이 낮은 물질을 충전시킴과 함께, 박엽화하면 된다. 박엽화를 위해서는 접착제의 점도와 충전재의 사이즈를 조정하면 된다. 접착제의 점도가 작을수록 충전재의 사이즈가 작을수록 박엽화가 가능하다. 열전도성이 낮은 물질로는 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 아연, 탄화 규소, 석영, 수산화 알루미늄 등의 금속 산화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물이 가능하다. 경화성 물질은 실리콘 수지, 아크릴, 폴리우레탄, 에폭시(Epoxy), 폴리 이미드(Poly Imide) 및 폴리 아미드(Poly Amide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In order to reduce the thermal conductivity of the heat insulating adhesive, a material having a low thermal conductivity may be filled in the curable resin and it may be thinned. For the roughening, adjust the viscosity of the adhesive and the size of the filler. The smaller the viscosity of the adhesive and the smaller the size of the filler, the more it can be thinned. Examples of the material with low thermal conductivity include metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, silicon carbide, quartz, and aluminum hydroxide, metal carbides, and metal hydroxides. The curable material may include at least one of silicone resin, acrylic, polyurethane, epoxy, polyimide, and polyamide.
본 발명에서 사용하는 단열 접착제(15)의 조성이 위에 예시한 것에 한정되는 것은 아니다. 단열 접착제(15)는 열전 모듈의 경박단소화를 이루면서 열전달을 줄이면 시중에 유통되는 어떠한 제품이라도 사용할 수 있다. 그 중에서도 접착성, 내충격성, 단열성 등이 우수한 접착제이면 더 좋다. The composition of the
특별히 어떠한 제품을 한정적으로 사용하고자 하는 것은 아니지만, 가능한 단열 접착제(15)는 접합 두께(BLT)는 130 μm 정도로 작을 수 있다. 또한 다양한 유형의 기판과 안정적으로 접착한다. 이러한 작은 BLT는 본 발명에 따른 열전 모듈의 필 팩터를 증가시킨다. Although it is not intended to limit the use of any particular product, the bonding thickness (BLT) of the heat-insulating
다음으로, 도 3의 (b)를 참조하여, 스택(30)의 베이스 표면에 수직인 방향(c)을 따라 상기 스택(30)을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번 적층된 블록(30a)을 얻는다. 참조번호 40은 1차 슬라이싱 방향을 가리킨다. 슬라이싱에는 통상의 파인 커터(fine cutter) 등으로 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 잉곳으로부터 웨이퍼를 슬라이싱하는 데 사용되는 와이어 쏘(50) 등이 이용될 수 있다.Next, referring to FIG. 3 (b), the
1차 슬라이싱은 하나의 와이어 쏘(50)를 반복 사용해 여러 번 수행하여 여러 개의 블록(30a)을 순차적으로 얻는 방식으로 수행할 수 있다. 물론, 와이어 쏘(50)를 여러 개 등간격으로 배치한 후 한 번의 슬라이싱 공정으로 여러 개의 블록(30a)을 동시에 제조할 수도 있다. The primary slicing can be performed in such a manner that a plurality of
그런 다음, 도 3의 (c)에서와 같이, 상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록(30a)을 2차 슬라이싱하여, p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)의 쌍을 여러 개 포함하는 막대(30b)를 얻는다. 참조번호 60은 2차 슬라이싱 방향을 가리킨다. 일반적으로는 1차 슬라이싱 방향(40)과 2차 슬라이싱 방향(60)을 직교시키는 것이 최적이다. Then, as shown in FIG. 3C, the
2차 슬라이싱에서도 하나의 와이어 쏘(50)를 반복 사용해 여러 번 수행하여 여러 개의 막대(30b)를 순차적으로 얻을 수 있다. 와이어 쏘(50)를 여러 개 등간격으로 배치한 후 한번의 슬라이싱 공정으로 여러 개의 막대(30b)를 동시에 제조할 수도 있다. In the second slicing, a plurality of
이상 설명한 도 3의 (b) 및 (c)가 도 2의 슬라이싱 단계(s2)에 해당된다. 3 (b) and 3 (c) correspond to the slicing step (s2) of FIG.
다음으로, 도 3의 (d)에서와 같이 막대(30b)를 집적하여 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번하는 격자 형태 블록(30c)을 형성한다. 이것은 도 2의 집적 단계(s3)에 해당된다. Next, as shown in FIG. 3 (d), the
막대(30b)를 집적할 때에는 격자 형태 블록(30c)의 열이나 행을 따라서 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번할 수 있도록, 인접하는 두 막대(30b)끼리는 그 적층 순서가 엇갈리도록 배치한다. 막대(30b) 사이도 단열 접착제(15)로 결합한다. When the
이 때, 완전한 열전 모듈(100)을 형성하기 위해 도시한 바와 같이 2 개의 전기 분리된 기판(70, 80) 사이에 이 격자 형태 블록(30c)을 클램핑 또는 삽입할 수 있다. 기판(70, 80)은 세라믹 기판과 같은 절연 기판이다. 전극(미도시)은 격자 형태 블록(30c) 상부 및 하부에 직접 형성한 후 기판(70, 80)과 접착하거나, 기판(70, 80)에 전극을 형성한 후에 여기에 격자 형태 블록(30c)을 접착함으로써 기판(70, 80)과 격자 형태 블록(30c) 사이에 배치된다. 전극은 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 사용 조건에 맞게 직렬로 반복하여 배열되는 구조가 되도록 한다. 용도에 따라서는 기판(70, 80) 중에 어느 하나가 없거나 기판이 아예 없는 베어 타입(bare type) 열전 모듈로도 제조될 수 있다. At this time, this grid-shaped
기판(70, 80)으로서는 사파이어, 실리콘, 파이렉스, 석영 기판 등을 이용할 수 있다. 전극의 재질은 알루미늄, 니켈, 금, 티타늄 등 다양하게 선택될 수 있으며, 그 크기 또한 다양하게 선택될 수 있다. 전극이 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 리프트 오프 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다.As the
이와 같이 본 발명에 따른 열전 모듈(100) 제조 방법에서는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, SPS 또는 핫프레스로 소결된 잉곳으로부터의 p형 웨이퍼(10) 및 n형 웨이퍼(20)를 단열 접착제(15)를 사용해 스택킹한 후[스택(30) 제조] 일 방향으로 슬라이싱하고[블록(30a) 제조], 슬라이싱된 부분을 세로 방향으로 절단하여 p-n 열전 소자의 열을 만든다[막대(30b) 제조]. 그 후, p-n 열전 소자의 열을 기판 상에 배열해 모듈로 만드는데 이 때에도 p-n 열전 소자의 열 사이에 단열 접착제(15)를 사용해 접착한다[격자 형태 블록(30c) 제조]. 3, the p-
본 발명에서는 p형과 n형 열전소자를 개별적으로 만든 후 이것을 절연 기판에 집적하는 방식이 아니라, 스택(30), 스택(30)을 자른 블록(30a), 블록(30a)을 자른 막대(30b)와 같이 일괄적으로 p형 열전재료와 n형 열전재료의 집합체를 이용하며, 막대(30b)를 집적함으로써 보다 손쉽게 적은 공정 횟수로 열전 모듈(100)을 제조하는 것이 가능하다. In the present invention, the p-type and n-type thermoelectric elements are not separately formed and then integrated on the insulating substrate, but the
도 3의 (d)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 열전 모듈(100)은 SPS 또는 핫프레스로 소결하여 제조된 펠렛 또는 웨이퍼로부터의 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번되고 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이는 단열 접착제(15)로 결합되어 있다. 3 (d), the thermoelectric module 100 according to the present invention includes a p-type
기존의 방법으로 집적된 열전 모듈에서는 p-n 열전소자간 간격이 커서 단위면적당 열전소자 수를 증가시키는 데에 한계가 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이가 단열 접착제(15)로 결합이 되며 빈 공간이 없이 콤팩트하게 집적되는 장점이 있다. 이에 따라, 필 팩터(Fill Factor : 열전소자 총면적 / 모듈 면적)가 0.8 이상이 되도록 제조할 수 있으며, 높은 전력 밀도를 가진 열전 모듈의 제조가 가능하다.In the conventional thermoelectric module, there is a limit to increase the number of thermoelectric elements per unit area because the interval between p-n thermoelectric elements is large. However, according to the present invention, there is an advantage that the p-type
필 팩터는 1에 가까울수록 이상적이지만, 제조방법 및 열전소자 배치에 따라 한계가 있기 마련이다. 본 발명은 단열 접착제(15)의 두께가 결합을 유지하는 최소한의 두께인 경우 이상을 가정하여 계산하였을 때 0.8 이상이 되는 배치 및 제조방법을 가진다. The closer the fill factor is to 1, the more ideal, but there is a limit to the manufacturing method and arrangement of thermoelectric elements. The present invention has a disposition and a manufacturing method in which the thickness of the
단열 접착제(15)는 바람직하게 전기전도성이 없는 것이다. 단열 접착제(15)는 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b) 사이 사이에서 절연 격막으로 작용하며 외부로부터의 수분 침투를 효과적으로 방지한다. 따라서, 단열 접착제(15)는 더 용이한 모듈 생산을 제공하고 추가로 습도, 산소 또는 화학물질과 같은 외부 인자에 의한 열화 및 오염으로부터 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)를 보호한다. The insulating
본 발명에 따른 열전 모듈(100)은, 예를 들어 열전냉각시스템, 열전발전시스템일 수 있고, 상기 열전냉각시스템은, 무냉매 냉장고, 에어컨 등의 범용 냉각기기, 마이크로 냉각시스템, 공조기, 폐열 발전 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 열전냉각시스템의 구성 및 제조방법에 대해서는 당업계에 공지되어 있는 바 본 명세서에서는 구체적인 기재를 생략한다.The thermoelectric module 100 according to the present invention may be, for example, a thermoelectric cooling system or a thermoelectric power generation system, and the thermoelectric cooling system may be a non-refrigerated refrigerator, a general cooling device such as an air conditioner, System, but the present invention is not limited thereto. The construction and the manufacturing method of the thermoelectric cooling system are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 열전 모듈 제조방법은 스택 제조 단계(s11), 제1 슬라이싱 단계(s12), 조립 단계(s13), 제2 슬라이싱 단계(s14) 및 집적 단계(s15)를 포함한다. Referring to FIG. 4, another thermoelectric module manufacturing method of the present invention includes a stack manufacturing step s11, a first slicing step s12, an assembling step s13, a second slicing step s14, and an integrating step s15 .
스택 제조 단계(s11)는 도 2를 참조하여 설명한 스택 제조 단계(s1)와 동일하다.The stack manufacturing step s11 is the same as the stack manufacturing step s1 described with reference to Fig.
제1 슬라이싱 단계(s12)에서는 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 제1 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는다. In the first slicing step (s12), the stack is sliced first along a direction perpendicular to the base surface of the stack to obtain a block in which the p-type thermoelectric bar and the n-type thermo bar are alternately stacked.
조립 단계(s13)에서는 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번하도록 상기 블록 사이를 상기 단열 접착제로 결합하여 적층한다.In the assembling step s13, the first slicing faces are opposed to each other, and the blocks are laminated with the heat insulating adhesive so that the p-type thermoelectric bar and the n-type thermoelectric bar alternate.
제2 슬라이싱 단계(s14)에서는 조립 단계(s13)에서 제조한 적층 블록을 상기 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 제2 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성한다. In the second slicing step (s14), the laminated block manufactured in the assembling step (s13) is sliced in a direction crossing the first slicing surface to form a lattice type block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate do.
집적 단계(s15)에서는 격자 형태 블록과 전극, 기판을 집적하여 열전 모듈로 제조한다. In the integration step (s15), the grid-shaped block, the electrode and the substrate are integrated into a thermoelectric module.
이러한 제조방법에 관하여 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.This manufacturing method will be described in more detail with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈 제조방법을 공정 순서별로 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
도 5의 (a)를 참조하면, 먼저 스택(30)을 제조한다. 스택(30)은 p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20)를 교번 적층해 제조하며, p형 웨이퍼(10)와 n형 웨이퍼(20) 사이는 단열 접착제(15)로 결합하여 제조한다. 이러한 스택(30) 제조 방법은 도 3의 (a)를 참조하여 한 설명과 동일하다.Referring to Figure 5 (a), the
다음으로, 도 5의 (b)는 제1 슬라이싱으로 제조한 블록(30a)을 보여준다. 블록(30a)은 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번 적층된 것이다. 블록(30a)을 제조하는 방법은 도 3의 (b)를 참조하여 한 1차 슬라이싱 설명과 동일하다. 제1 슬라이싱 방향은 도 5의 (a)에 참조번호 40'로 도시하였다. Next, FIG. 5 (b) shows the
다음, 도 5의 (c)는 도 4의 조립 단계(s13)를 보여준다. 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대(10a)와 n형 열전 막대(20a)가 교번하도록 상기 블록(30a) 사이를 상기 단열 접착제(15)로 결합하여 적층한다. Next, FIG. 5C shows the assembling step (s13) of FIG. The
다음, 적층된 블록(30a)들을 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향(도 5의 (c)에 참조번호 60' 로 표시)으로 제2 슬라이싱한다. 일반적으로는 제1 슬라이싱면과 직교시키는 것이 최적이다. Next, the
그러면, 도 5의 (d)와 같이 p형 열전소자(10b)와 n형 열전소자(20b)가 교번하는 격자 형태 블록(30d)이 형성된다. Then, as shown in FIG. 5 (d), a grid-shaped
이후의 열전 모듈로의 집적 단계(도 4의 단계 s15)는 도 3의 (d)를 참조하여 한 설명과 동일하다. 격자 형태 블록(30d)의 상부 및 하부에 전극을 형성하여 베어 타입 열전 모듈로 제조하거나 상부 및 하부에 기판을 더 집적하여 열전 모듈로 제조할 수 있다. The subsequent step of integrating the thermoelectric module into the thermoelectric module (step s15 in Fig. 4) is the same as that described with reference to Fig. 3 (d). Electrodes may be formed on the upper and lower portions of the grid-shaped
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 제조한 격자 형태 블록의 사진이다.6 is a photograph of a lattice-type block manufactured according to an experimental example of the present invention.
격자 형태 블록은 도 5를 참조한 설명에 따라 제조하였으며, 모듈 치수는 7 x 4.5 mm2이 되도록 디자인한 경우이다. p-n 열전소자 쌍은 8개(열전소자 개수는 16개)로 하였다. 이와 같이 매우 콤팩트한 구조의 격자 형태 블록을 제조할 수 있고 이것을 열전 모듈로 이용할 수 있다. 필 팩터는 0.8 이상으로 매우 높은 전력 밀도를 가질 수 있다.The lattice type block was manufactured according to the description with reference to FIG. 5, and the module dimension was designed to be 7 x 4.5 mm 2 . and eight pairs of pn thermoelectric elements (the number of thermoelectric elements is 16). Thus, a very compact structure of the lattice type block can be manufactured and used as a thermoelectric module. The fill factor is 0.8 or more and can have a very high power density.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
10 : p형 웨이퍼
10a : p형 열전 막대
10b : p형 열전소자
15 : 단열 접착제
20 : n형 웨이퍼
20a : n형 열전 막대
20b : n형 열전소자 30 : 스택
30a : 블록
30b : 막대
30c, 30d :격자 형태 블록
40 : 1차 슬라이싱 방향
40' : 제1 슬라이싱 방향
50 : 와이어 쏘
60 : 2차 슬라이싱 방향
60' : 제2 슬라이싱 방향
70, 80 : 기판
100 : 열전 모듈10: p-
10b: p-type thermoelectric element 15: adiabatic adhesive
20: n-
20b: n-type thermoelectric element 30: stack
30a: block 30b: rod
30c, 30d: grid type block 40: primary slicing direction
40 ': first slicing direction 50: wire saw
60: second slicing direction 60 ': second slicing direction
70, 80: substrate 100: thermoelectric module
Claims (15)
상기 스택의 베이스 표면에 수직이면서 서로 직교하는 두 방향을 따라 상기 스택을 슬라이싱하여 p형 열전소자(thermoelectric element)와 n형 열전소자의 쌍을 여러 개 포함하는 막대를 얻는 단계; 및
상기 막대를 집적하여 상기 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함하는 열전 모듈 제조방법. between the p-type wafer and the n-type wafer, a thermal insulation adhesive to form an alternating stack;
Slicing the stack along two mutually orthogonal directions perpendicular to the base surface of the stack to obtain a rod comprising a plurality of pairs of p-type thermoelectric elements and n-type thermoelectric elements; And
And integrating the bars to form a grid-like block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate.
상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 제1 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계;
상기 제1 슬라이싱면끼리 대향하면서 상기 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번하도록 상기 블록 사이를 상기 단열 접착제로 결합하여 적층하는 단계; 및
적층된 상기 블록을 상기 제1 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 제2 슬라이싱하여 p형 열전소자와 n형 열전소자가 교번하는 격자 형태 블록을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.forming a stack by alternately laminating p-type wafers and n-type wafers with an insulating adhesive;
A step of slicing the stack along a direction perpendicular to a base surface of the stack to obtain a block in which a p-type thermoelectric bar and an n-type thermoelectric bar are alternately stacked;
Bonding the blocks between the p-type thermoelectric bar and the n-type thermoelectric bar such that the first slicing faces are opposed to each other and stacking the blocks with the heat insulating adhesive; And
And forming a grid-shaped block in which the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element alternate with each other by slicing the stacked block in a direction crossing the first slicing surface.
상기 스택의 베이스 표면에 수직인 방향을 따라 상기 스택을 1차 슬라이싱하여 p형 열전 막대와 n형 열전 막대가 교번 적층된 블록을 얻는 단계; 및
상기 1차 슬라이싱면에 교차하는 방향으로 상기 블록을 2차 슬라이싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조방법.2. The method of claim 1,
Firstly slicing the stack along a direction perpendicular to a base surface of the stack to obtain a block in which a p-type thermoelectric bar and an n-type thermoelectric bar are alternately stacked; And
And second slicing the block in a direction crossing the primary slicing surface.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10141492B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-11-27 | Nimbus Materials Inc. | Energy harvesting for wearable technology through a thin flexible thermoelectric device |
US10290794B2 (en) | 2016-12-05 | 2019-05-14 | Sridhar Kasichainula | Pin coupling based thermoelectric device |
US10367131B2 (en) | 2013-12-06 | 2019-07-30 | Sridhar Kasichainula | Extended area of sputter deposited n-type and p-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device |
US10553773B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-02-04 | Sridhar Kasichainula | Flexible encapsulation of a flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of N-type and P-type thermoelectric legs |
US10566515B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-02-18 | Sridhar Kasichainula | Extended area of sputter deposited N-type and P-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device |
US11024789B2 (en) | 2013-12-06 | 2021-06-01 | Sridhar Kasichainula | Flexible encapsulation of a flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of N-type and P-type thermoelectric legs |
US11276810B2 (en) | 2015-05-14 | 2022-03-15 | Nimbus Materials Inc. | Method of producing a flexible thermoelectric device to harvest energy for wearable applications |
US11283000B2 (en) | 2015-05-14 | 2022-03-22 | Nimbus Materials Inc. | Method of producing a flexible thermoelectric device to harvest energy for wearable applications |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000286462A (en) * | 1999-03-29 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Thermoelement and its manufacture |
JP2001119076A (en) * | 1999-08-10 | 2001-04-27 | Matsushita Electric Works Ltd | Thermoelectric conversion module and manufacturing method therefor |
JP2004214306A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Okano Electric Wire Co Ltd | Manufacturing method of thermoelectric conversion module |
KR20070030840A (en) * | 2004-06-22 | 2007-03-16 | 아르재 가부시키가이샤 | Thermoelectric device |
-
2015
- 2015-03-12 KR KR1020150034480A patent/KR102009446B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000286462A (en) * | 1999-03-29 | 2000-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | Thermoelement and its manufacture |
JP2001119076A (en) * | 1999-08-10 | 2001-04-27 | Matsushita Electric Works Ltd | Thermoelectric conversion module and manufacturing method therefor |
JP2004214306A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Okano Electric Wire Co Ltd | Manufacturing method of thermoelectric conversion module |
KR20070030840A (en) * | 2004-06-22 | 2007-03-16 | 아르재 가부시키가이샤 | Thermoelectric device |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10367131B2 (en) | 2013-12-06 | 2019-07-30 | Sridhar Kasichainula | Extended area of sputter deposited n-type and p-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device |
US10553773B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-02-04 | Sridhar Kasichainula | Flexible encapsulation of a flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of N-type and P-type thermoelectric legs |
US10566515B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-02-18 | Sridhar Kasichainula | Extended area of sputter deposited N-type and P-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device |
US11024789B2 (en) | 2013-12-06 | 2021-06-01 | Sridhar Kasichainula | Flexible encapsulation of a flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of N-type and P-type thermoelectric legs |
US10141492B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-11-27 | Nimbus Materials Inc. | Energy harvesting for wearable technology through a thin flexible thermoelectric device |
US11276810B2 (en) | 2015-05-14 | 2022-03-15 | Nimbus Materials Inc. | Method of producing a flexible thermoelectric device to harvest energy for wearable applications |
US11283000B2 (en) | 2015-05-14 | 2022-03-22 | Nimbus Materials Inc. | Method of producing a flexible thermoelectric device to harvest energy for wearable applications |
US10290794B2 (en) | 2016-12-05 | 2019-05-14 | Sridhar Kasichainula | Pin coupling based thermoelectric device |
US10516088B2 (en) | 2016-12-05 | 2019-12-24 | Sridhar Kasichainula | Pin coupling based thermoelectric device |
US10559738B2 (en) | 2016-12-05 | 2020-02-11 | Sridhar Kasichainula | Pin coupling based thermoelectric device |
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