KR20170076358A - Thermoelectric module and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

열전 소자와 전극 사이에 개선된 접합 기술이 적용되어 열전 성능이 우수하고 접합성이 향상된 열전 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 반도체로 구성된 복수의 열전 소자; 전기 전도성 재질로 구성되어 상기 열전 소자 사이에 연결된 전극; 상기 열전 소자와 상기 전극 사이에 개재되어 상기 열전 소자와 상기 전극 사이를 접합시키는 접합층(bonding layer); 상기 접합층과 열전 소자 사이에 형성된 확산방지층(diffusion barrier layer)을 포함하며, 상기 확산방지층은 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층(engineering layer)의 다층막 구조이다. Provided is a thermoelectric module having improved thermoelectric performance and improved bonding properties by applying an improved bonding technique between a thermoelectric element and an electrode, and a method of manufacturing the same. A thermoelectric module according to the present invention includes: a plurality of thermoelectric elements each composed of a thermoelectric semiconductor; An electrode formed of an electrically conductive material and connected between the thermoelectric elements; A bonding layer interposed between the thermoelectric element and the electrode to bond the thermoelectric element and the electrode; And a diffusion barrier layer formed between the bonding layer and the thermoelectric element, wherein the diffusion barrier layer comprises a diffusion barrier layer and a multi-layered structure of a thermal expansion coefficient engineering layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the diffusion barrier layer to be.

Description

열전 모듈 및 그 제조 방법{Thermoelectric module and method for fabricating the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric module,

본 발명은 열전 기술에 관한 것으로서, 특히 열전 소자와 전극 사이에 개선된 접합 기술이 적용된 열전 모듈과 그러한 열전 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to thermoelectric technology, and more particularly to a thermoelectric module to which an improved bonding technique is applied between a thermoelectric element and an electrode, and a method of manufacturing such a thermoelectric module.

고체 상태인 재료의 양단에 온도차가 있으면 열 의존성을 갖는 캐리어(전자 혹은 홀)도 그 양단에서 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. 이와 같이 열전 현상은 온도의 차이와 전기 전압 사이의 가역적이고도 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다.When there is a temperature difference between both ends of a solid state material, there is a difference in density at both ends of the carrier (electron or hole) having a heat dependence, which is caused by an electric phenomenon, that is, a thermoelectric phenomenon. Thus, thermoelectric conversion means reversible and direct energy conversion between the temperature difference and the electric voltage. 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 재료, 즉 열전 반도체는 발전과 냉각 과정에서 오염 물질의 배출이 없어 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 더욱이, 소각로나 각종 산업 설비에서 발생하는 폐열이나 태양열, 지열, 하천수열과 같은 자연열에서 직접 전력을 생산해낼 수 있으므로, 신재생 에너지 관련 분야 등에서 열전 재료에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.Thermoelectric materials, ie, thermoelectric materials that exhibit thermoelectric properties, have been widely studied because they have the advantage of being environmentally friendly and sustainable because they do not emit pollutants during power generation and cooling. Furthermore, since the power can be directly produced from natural heat such as incineration furnace and various industrial facilities, and solar heat, geothermal heat, and river water heat, interest in thermoelectric materials is increasing in the field of renewable energy.

열전 모듈은, 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p형 열전 소자(thermoelectric element : TE)와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n형 열전 소자로 이루어진 p-n 열전 소자 1쌍이 기본 단위가 될 수 있다. 또한, 이러한 열전 모듈은 p형 열전 소자와 n형 열전 소자 사이를 연결하는 전극을 구비할 수 있다. The thermoelectric module may be a p-type thermoelectric element (TE) that moves the holes to move thermal energy, and a pair of p-n thermoelectric elements that are made of an n-type thermoelectric element that moves electrons by moving electrons. The thermoelectric module may include an electrode for connecting the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element.

종래 열전 모듈의 경우, 전극과 열전 소자 사이를 접합하기 위해, 솔더링(soldering) 방식이 많이 이용되고 있다. 특히, 종래에는, Sn계 솔더 페이스트를 이용하여 전극과 열전 소자 사이 접합층을 형성하는 경우가 많다. In the case of the conventional thermoelectric module, a soldering method is widely used to bond the electrode and the thermoelectric element. In particular, conventionally, a bonding layer between an electrode and a thermoelectric element is often formed by using a Sn-based solder paste.

그런데, 이와 같은 솔더 페이스트는, 녹는점이 낮아 높은 온도 조건에서 열전 모듈을 구동하는 데에 한계가 있다. 예를 들어, 열전 소자와 전극 사이에 접합을 위해 Sn계 솔더 페이스트가 이용된 열전 모듈의 경우, 200℃ 이상의 온도에서 구동되기 어렵다. 또한, 종래 솔더 페이스트의 경우, 열 전도도(thermal conductivity)가 낮고, 전기 저항률(electrical resistivity) 및 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion; CTE)가 높으며, 잔여물(residue)이 남는다는 등의 여러 문제가 있다. 따라서, 접합층 물질 및 접합 방식 개선에 관한 연구가 해당 분야에서 활발히 진행되고 있다. However, such a solder paste has a low melting point and has a limitation in driving the thermoelectric module under high temperature conditions. For example, in the case of a thermoelectric module using a Sn-based solder paste for bonding between a thermoelectric element and an electrode, it is difficult to drive the thermoelectric module at a temperature of 200 ° C or higher. In addition, conventional solder pastes have various problems such as low thermal conductivity, high electrical resistivity and high coefficient of thermal expansion (CTE), and residue residue . Therefore, studies on the bonding layer material and bonding method improvement have been actively conducted in the related fields.

그런 한편, 접합층 물질이 열전 소자 쪽으로 확산하거나 열전 소자 물질이 접합층 쪽으로 확산하여 열전 소자의 성능 변화를 일으키지 않도록 확산방지층(diffusion barrier)을 더 형성하는 방법도 제안되어 있다. 특히 고온에서 구동하는 열전 모듈의 경우에는 접합층과 열전 소자 간 물질의 확산이 더욱 문제가 되므로 확산방지층이 해당 분야에서는 핵심적인 요소기술이다. 그런데, 종래에는 확산방지층과 열전 소자 사이에 접합력이 낮고 고온 작동시 발생하는 열팽창 계수 차이로 인해 높은 응력(stress)이 발생하는 문제가 있으며, 이는 모듈 고장(failure)의 원인이 된다. 따라서, 열전 소자와 확산방지층 사이의 열팽창 계수 차이, 낮은 접합력 개선, 전기적 저항 증가 등이 해당 분야에서 해결해야 할 과제이다. On the other hand, there is also proposed a method of forming a diffusion barrier so that the bonding layer material diffuses toward the thermoelectric element or the thermoelectric element diffuses toward the bonding layer to prevent the performance change of the thermoelectric element. Particularly, in the case of a thermoelectric module driven at a high temperature, diffusion of a substance between a bonding layer and a thermoelectric element becomes more problematic, and thus a diffusion barrier layer is a key element technology in the field. Conventionally, there is a problem that a stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between a diffusion preventing layer and a thermoelectric element due to a low bonding force between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element, and this causes a failure of the module. Therefore, differences in thermal expansion coefficient between the thermoelectric element and the diffusion preventing layer, improvement in low bonding strength, and increase in electrical resistance are problems to be solved in the related fields.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전 소자와 전극 사이에 개선된 접합 기술이 적용되어 열전 성능이 우수하고 접합성이 향상된 열전 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a thermoelectric module having improved thermoelectric performance and improved bonding properties by applying an improved bonding technique between a thermoelectric element and an electrode.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 반도체로 구성된 복수의 열전 소자; 전기 전도성 재질로 구성되어 상기 열전 소자 사이에 연결된 전극; 상기 열전 소자와 상기 전극 사이에 개재되어 상기 열전 소자와 상기 전극 사이를 접합시키는 접합층(bonding layer); 상기 접합층과 열전 소자 사이에 형성된 확산방지층(diffusion barrier layer)을 포함하며, 상기 확산방지층은 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층(engineering layer)의 다층막 구조이다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thermoelectric module including: a plurality of thermoelectric elements formed of thermoelectric semiconductors; An electrode formed of an electrically conductive material and connected between the thermoelectric elements; A bonding layer interposed between the thermoelectric element and the electrode to bond the thermoelectric element and the electrode; And a diffusion barrier layer formed between the bonding layer and the thermoelectric element, wherein the diffusion barrier layer comprises a diffusion barrier layer and a multi-layered structure of a thermal expansion coefficient engineering layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the diffusion barrier layer to be.

본 발명에 있어서, 상기 확산방지물질층과 상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 서로 번갈아 두 층 이상 포함되어 있을 수 있다.In the present invention, the diffusion preventive material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer may alternately include two or more layers.

상기 확산방지물질층의 열팽창 계수는 7.9 x 10-6/K 이하일 수 있다.The thermal expansion coefficient of the diffusion preventing material layer may be 7.9 x 10 < -6 > / K or less.

상기 확산방지물질층은 Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN 및 MoTiON 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The diffusion preventing material layer may be at least one of Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN and MoTiON.

상기 열팽창 계수 엔지니어링층의 열팽창 계수는 8 x 10-6/K 이상일 수 있다. The thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient engineering layer may be 8 x 10 < -6 > / K or more.

상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti 및 Ni 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The thermal expansion coefficient engineering layer may be at least one of Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti, and Ni.

상기 확산방지층과 상기 열전 소자 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Ti, Cr, Ni, Pt 및 NiCr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1 접착층(adhesion layer)을 더 포함할 수 있다.And a first adhesive layer for improving adhesion between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element and including at least one of Ti, Cr, Ni, Pt, and NiCr.

상기 접합층과 확산방지층 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2 접착층을 더 포함할 수 있다.And a second adhesive layer including at least one of Au and Ag for improving adhesion between the bonding layer and the diffusion preventing layer.

상기 확산방지층의 두께는 10nm ~ 0.5mm일 수 있다.The thickness of the diffusion preventing layer may be 10 nm to 0.5 mm.

상기 제1 접착층 또는 제2 접착층의 두께는 10nm ~ 0.5mm일 수 있다.The thickness of the first adhesive layer or the second adhesive layer may be 10 nm to 0.5 mm.

본 발명에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 열전 반도체로 구성된 복수의 열전 소자 및 전기 전도성 재질로 구성된 전극을 준비하는 단계; 상기 열전 소자에 확산방지층을 형성하는 단계; 및 상기 확산방지층이 형성된 열전 소자와 상기 전극 사이를 접합시키는 접합층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 확산방지층은 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층의 다층막 구조로 형성한다. A method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention comprises the steps of: preparing an electrode composed of a plurality of thermoelectric elements and an electrically conductive material; Forming a diffusion preventing layer on the thermoelectric element; And forming a bonding layer for bonding the thermoelectric element with the diffusion preventing layer and the electrode, wherein the diffusion preventing layer includes a diffusion preventing material layer and a multilayer film of a thermal expansion coefficient engineering layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the diffusion preventing material layer .

본 발명에 의하면, 열전 소자에 다층막 구조의 확산방지층을 형성하고, 선택적으로, 확산방지층과 열전 소자 사이 및/또는 확산방지층과 접합층 사이에 접착층을 형성한다. 열처리와 같은 후 공정을 통해 접합력을 더욱 개선할 수도 있다. According to the present invention, a multi-layered diffusion preventing layer is formed on a thermoelectric element and, optionally, an adhesive layer is formed between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element and / or between the diffusion preventing layer and the bonding layer. The bonding force may be further improved through post-processing such as heat treatment.

다층막 구조의 확산방지층은 확산방지물질층과 그보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층을 포함한다. 접착층과 열전 소자 간 물질 확산을 방지하는 확산방지물질층의 열팽창 계수는 열전 소자보다 낮은 것이 일반적이다. 본 발명에서는 그러한 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층을 더 도입하여 확산방지층을 구성함으로써 이를 포함하는 확산방지층 전체의 열팽창 계수가 열전 소자의 열팽창 계수에 근접하도록 한다. 이러한 다층 구조의 확산방지층은 열전 소자와의 열팽창 계수 차이를 극복하므로 고온에서 사용하여도 응력 발생이 적다.The diffusion barrier layer of the multi-layer structure includes a diffusion preventive material layer and a thermal expansion coefficient engineering layer having a higher thermal expansion coefficient. The thermal expansion coefficient of the diffusion preventing material layer preventing the diffusion of the material between the adhesive layer and the thermoelectric element is generally lower than that of the thermoelectric element. In the present invention, the thermal expansion coefficient engineering layer having a higher thermal expansion coefficient than that of the diffusion preventing material layer is further introduced to constitute the diffusion preventing layer so that the thermal expansion coefficient of the entire diffusion preventing layer including the diffusion preventing layer approaches the thermal expansion coefficient of the thermoelectric element. Such a multi-layered diffusion preventing layer overcomes the difference in thermal expansion coefficient between the thermoelectric element and the thermoelectric element.

또한, 본 발명에서는 선택적으로 추가적인 접착층을 형성함으로써 확산방지층과 열전 소자 사이 및/또는 확산방지층과 접합층 사이의 접합력을 개선한다. Further, in the present invention, the bonding strength between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element and / or between the diffusion preventing layer and the bonding layer is improved by selectively forming an additional adhesive layer.

이를 통해 본 발명은, 기존 열전 모듈 확산방지층 형성 기술과 차별화하여 고온 신뢰성, 재현성 있는 열전 모듈 제작 기술을 제시할 수 있다.Accordingly, the present invention can provide a high-reliability and reproducible thermoelectric module manufacturing technology by differentiating it from the existing thermoelectric module diffusion preventing layer forming technique.

본 발명에 의하면, 높은 온도 조건, 이를테면 200℃ 이상의 온도 조건에서도, 접합층이 안정적으로 유지될 수 있다. 따라서, 이러한 높은 온도 조건에서도 열전 모듈이 원활하게 구동될 수 있다.According to the present invention, the bonding layer can be stably maintained even under a high temperature condition, for example, a temperature of 200 ° C or more. Therefore, the thermoelectric module can be smoothly driven even under such a high temperature condition.

그러므로, 본 발명에 의하면, 열전 발전 장치에 적용 시, 향상된 발전 성능을 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, when applied to a thermoelectric generator, improved power generation performance can be obtained.

또한, 본 발명에 의하면, 열전 소자와 전극 사이에의 접합층이 높은 결합력으로 잘 유지가 되며 열 전도도가 높고 전기 저항률이 낮아 열전 모듈의 열전 성능이 향상될 수 있다.In addition, according to the present invention, the bonding layer between the thermoelectric element and the electrode is well maintained with a high bonding force, the thermal conductivity is high, and the electrical resistivity is low, so that the thermoelectric performance of the thermoelectric module can be improved.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 3은 도 2의 B 부분의 구성의 일례를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈로서 제1 접착층/확산방지층/제2 접착층을 모두 포함하는 경우를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 열전 모듈에서 열전 소자에 제1 접착층과 다층구조의 확산방지층을 형성한 경우의 단면 모식도이다.
도 9는 도 8의 실험예에 따라 제조한 열전 모듈에서 제1 접착층과 확산방지층을 관찰한 TEM(transmission electron microscope) 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further augment the technical spirit of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a schematic view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of a portion A in Fig.
3 is an enlarged view of an example of the configuration of part B in Fig.
4 is a view schematically showing a part of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a part of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a case where the first adhesive layer / the diffusion preventing layer / the second adhesive layer are all included as the thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to an experimental example of the present invention, in which a first adhesive layer and a multi-layered diffusion barrier layer are formed on a thermoelectric module.
FIG. 9 is a TEM (transmission electron microscope) photograph of the first adhesive layer and the diffusion preventing layer observed in the thermoelectric module manufactured according to the experimental example of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분에 대한 확대도이다. 또한, 도 3은 도 2의 B 부분의 구성의 일례를 확대하여 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a schematic view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of FIG. 3 is an enlarged view showing an example of the configuration of the portion B in Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 소자(100), 전극(200), 접합층(300) 및 확산방지층(400)을 포함하고, 기판(500)을 더 포함할 수 있다.1 to 3, a thermoelectric module according to the present invention includes a thermoelectric element 100, an electrode 200, a bonding layer 300, and a diffusion preventing layer 400, and further includes a substrate 500 can do.

열전 소자(100)는, 하나의 열전 모듈에 둘 이상 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 열전 소자(100)는, 열전 재료, 즉 열전 반도체로 이루어질 수 있다. The thermoelectric element 100 may be included in two or more thermoelectric modules. The thermoelectric element 100 may be made of a thermoelectric material, that is, a thermoelectric semiconductor.

열전 소자(100)는, n형 열전 소자(110)와 p형 열전 소자(120)를 구비할 수 있다. 여기서, n형 열전 소자(110)는 n형 열전 반도체 재료로 구성될 수 있고, p형 열전 소자(120)는 p형 열전 반도체 재료로 구성될 수 있다. n형 열전 반도체는 홀이 이동하여 열 에너지를 이동시킬 수 있고, p형 열전 반도체는 전자가 이동하여 열 에너지를 이동시킬 수 있다.The thermoelectric element 100 may include an n-type thermoelectric element 110 and a p-type thermoelectric element 120. Here, the n-type thermoelectric element 110 may be composed of an n-type thermoelectric semiconductor material, and the p-type thermoelectric element 120 may be composed of a p-type thermoelectric semiconductor material. The n-type thermoelectric semiconductor can move the holes and move the thermal energy, and the p-type thermoelectric semiconductor can move electrons and move the thermal energy.

열전 소자(100)는, n형 열전 소자(110)와 p형 열전 소자(120)가 쌍을 이루어 하나의 기본 단위를 구성할 수 있다. 그리고, n형 열전 소자(110) 및/또는 p형 열전 소자(120)는 둘 이상 구비됨으로써, 다수의 쌍을 이룰 수 있다. 또한, 이러한 n형 열전 소자(110)와 p형 열전 소자(120)는 교호적으로 배열됨으로써 다수의 n형 열전 소자(110)-p형 열전 소자(120) 쌍을 형성할 수 있다.The thermoelectric element 100 can form one basic unit in which the n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 are paired. The n-type thermoelectric elements 110 and / or the p-type thermoelectric elements 120 may be provided in two or more to form a plurality of pairs. The n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 are alternately arranged to form a plurality of pairs of the n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120.

n형 열전 소자(110) 및 p형 열전 소자(120)는, 열전 레그 등으로 지칭될 수 있는데, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 열전 소자(100)가 본 발명의 열전 소자(100)로서 채용될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(100)는, BiTe계, 스쿠테루다이트(skutterudite)계, Si계 및 SiGe계 등 다양한 열전 재료로 구성될 수 있다. 이와 같은 재료로 구성된 열전 소자(100)에 대해서는, 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 이러한 열전 소자(100)는 잉곳을 절단한 것, 분말을 성형하여 소결한 것, 슬러리 도포 후 막으로 성막한 것, 혹은 증착법에 의한 것 등 다양한 예를 이용할 수 있음을 알 수 있을 것이다. The n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 may be referred to as thermoelectric legs or the like. Various thermoelectric elements 100 known at the time of filing of the present invention may be used as the thermoelectric element 100 Can be employed. For example, the thermoelectric element 100 may be composed of various thermoelectric materials such as a BiTe system, a skutterudite system, a Si system, and a SiGe system. The thermoelectric element 100 made of such a material is widely known, and a detailed description thereof will be omitted. It is to be noted that the thermoelectric element 100 may be formed by cutting an ingot, sintering the powder, shaping the slurry, depositing the slurry, or using a deposition method.

전극(200)은, 전기 전도성 재질, 특히 금속 재질로 구성될 수 있다. 이를테면, 전극(200)은 Cu, Al, Ni, Au, Ti 등의 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 전극(200)은, 열전 소자(100) 사이, 보다 구체적으로는 p형 열전 소자(120)와 n형 열전 소자(110) 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극(200)은, 일단이 p형 열전 소자(120)에 결합되고, 타단이 n형 열전 소자(110)에 결합될 수 있다. 따라서, n형 열전 소자(110) 및 p형 열전 소자(120)는, 전극(200)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The electrode 200 may be made of an electrically conductive material, especially a metal material. For example, the electrode 200 may be made of Cu, Al, Ni, Au, Ti, or the like. The electrode 200 may be connected between the thermoelectric elements 100, more specifically, between the p-type thermoelectric element 120 and the n-type thermoelectric element 110. For example, the electrode 200 may be coupled at one end to the p-type thermoelectric element 120 and at the other end to the n-type thermoelectric element 110. Accordingly, the n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 can be electrically connected to each other by the electrode 200. [

특히, 본 발명에 따른 열전 모듈에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 n형 열전 소자(110) 및 다수의 p형 열전 소자(120)가 구비될 수 있다. 그리고, 전극(200)은, 열전 소자(100)의 양단에 각각 결합될 수 있다. 따라서, 전극(200)은, 본 발명에 따른 열전 모듈에 다수 구비될 수 있다.In particular, the thermoelectric module according to the present invention may include a plurality of n-type thermoelectric elements 110 and a plurality of p-type thermoelectric elements 120, as shown in FIG. The electrodes 200 can be coupled to both ends of the thermoelectric element 100, respectively. Accordingly, the electrode 200 may be provided in a plurality of the thermoelectric modules according to the present invention.

전극(200)은, 각 열전 소자(100)의 단부에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 전극(200)은, 하면이 n형 열전 소자(110)의 상단 및 p형 열전 소자(120)의 상단에 부착될 수 있다. 또한, 다른 전극(200)은, 상면이 n형 열전 소자(110)의 하단 및 p형 열전 소자(120)의 하단에 부착될 수 있다. 이때, 전극(200)을 통한 n형 열전 소자(110)와 p형 열전 소자(120)의 전기적 연결 방식은, 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 n형 열전 소자(110)의 상단과 하단에 각각 연결된 전극(200)은, 서로 다른 p형 열전 소자(120)에 연결될 수 있다.Electrode 200 may be attached to the end of each thermoelectric element 100. For example, as shown in FIG. 2, some of the electrodes 200 may be attached to the upper surface of the n-type thermoelectric element 110 and the upper surface of the p-type thermoelectric element 120. The upper surface of the other electrode 200 can be attached to the lower end of the n-type thermoelectric element 110 and the lower end of the p-type thermoelectric element 120. At this time, the electrical connection between the n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 through the electrode 200 can be connected in series. For example, the electrodes 200 connected to the upper and lower ends of one n-type thermoelectric element 110 may be connected to different p-type thermoelectric elements 120, respectively.

한편, 각 전극(200)은, 1개의 n형 열전 소자(110)와 1개의 p형 열전 소자(120)만이 결합되도록 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 1개의 전극(200)에 다수의 n형 열전 소자(110) 및/또는 다수의 p형 열전 소자(120)가 결합될 수 있다. Each of the electrodes 200 may be configured such that only one n-type thermoelectric element 110 and one p-type thermoelectric element 120 are coupled to each other, but the present invention is not necessarily limited to these embodiments. For example, a plurality of n-type thermoelectric elements 110 and / or a plurality of p-type thermoelectric elements 120 may be coupled to one electrode 200.

접합층(300)은, 열전 소자(100)와 전극(200) 사이에 개재되어 열전 소자(100)와 전극(200) 사이를 접합시킬 수 있다. 이러한 접합층(300)은, 모든 열전 소자(100)와 전극(200) 사이의 계면에 구비되거나 일부 열전 소자(100)와 전극(200) 사이의 계면에 구비될 수 있다. The bonding layer 300 may be interposed between the thermoelectric element 100 and the electrode 200 to bond the thermoelectric element 100 and the electrode 200 together. The bonding layer 300 may be provided at an interface between all the thermoelectric elements 100 and the electrode 200 or at an interface between the thermoelectric elements 100 and the electrode 200.

특히, 본 발명에 따른 열전 모듈에 있어서, 접합층(300)은 종래의 솔더 페이스트 대신에 Ag 페이스트를 이용하여 형성한 것일 수 있다. 그밖에 접합층(300)으로서 사용될 수 있는 물질이나 형성 방법은 공지의 기술을 적용하여도 된다. In particular, in the thermoelectric module according to the present invention, the bonding layer 300 may be formed using an Ag paste instead of a conventional solder paste. In addition, a known technique may be applied to the material and the forming method that can be used as the bonding layer 300.

기판(500)은, 전기 절연성 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기판(500)은, 알루미나 등의 세라믹 재질로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 기판(500)의 특정 재질로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 기판(500)은, 사파이어, 실리콘, 석영 등 다양한 재질로 구성될 수 있다.The substrate 500 may be made of an electrically insulating material. For example, the substrate 500 may be made of a ceramic material such as alumina. However, the present invention is not limited to the specific material of the substrate 500. For example, the substrate 500 may be formed of various materials such as sapphire, silicon, and quartz.

기판(500)은, 열전 모듈의 외부에 배치되어 전극(200)과 같은 열전 모듈의 여러 구성요소를 외부와 전기적으로 절연시킬 수 있고, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 열전 모듈을 보호할 수 있다. 또한, 기판(500)은, 전극(200) 등이 장착되도록 함으로써, 열전 모듈의 기본적인 형태를 유지하도록 할 수 있다. 예를 들어, 기판(500)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 열전 소자(100)의 상부에 결합된 전극(200)의 상부 및 열전 소자(100)의 하부에 결합된 전극(200)의 하부에 모두 구비될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 전극(200)은 다양한 방식으로 기판(500)의 표면에 구비될 수 있다. 이를테면, 전극(200)은, 포토리소그래피, 증착, 리프트 오프와 같은 다양한 방식으로 기판(500)의 표면에 형성될 수 있다. 또는, 전극(200)은 접착제 등을 통해 기판(500)에 구비될 수도 있다. 기판(500)과 전극(200)이 일체화된 DBC 기판과 같은 것을 이용하여도 좋다. The substrate 500 may be disposed outside the thermoelectric module to electrically isolate various components of the thermoelectric module such as the electrode 200 from the outside and protect the thermoelectric module from external physical or chemical elements. In addition, the substrate 500 can be made to hold the electrode 200 and the like, thereby maintaining the basic form of the thermoelectric module. For example, the substrate 500 may include an upper portion of the electrode 200 coupled to the upper portion of the thermoelectric element 100 and a lower portion of the electrode 200 coupled to the lower portion of the thermoelectric element 100, It can be provided at both the lower side and the lower side. In this configuration, the electrode 200 may be provided on the surface of the substrate 500 in various manners. For example, the electrode 200 can be formed on the surface of the substrate 500 in various ways such as photolithography, deposition, and lift-off. Alternatively, the electrode 200 may be provided on the substrate 500 through an adhesive or the like. A DBC substrate in which the substrate 500 and the electrode 200 are integrated may be used.

본 발명에 따른 열전 모듈은, 확산방지층(diffusion barrier layer)(400)이 종래에 비하여 특히 개선된 것이다. In the thermoelectric module according to the present invention, the diffusion barrier layer 400 is particularly improved as compared with the prior art.

확산방지층(400)은, 열전 소자(100)와 접합층(300) 사이에 개재된다. 그리고, 이러한 확산방지층(400)은, 열전 소자(100)와 접합층(300) 사이에서 상호 간에 원소가 확산되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 확산방지층(400)은, 열전 소자(100)에 함유된 원소가 접합층(300) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 확산방지층(400)은, 접합층(300)에 함유된 원소, 특히 Ag 원소가 열전 소자(100) 측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다. The diffusion preventing layer 400 is interposed between the thermoelectric element 100 and the bonding layer 300. The diffusion preventing layer 400 can prevent elements from diffusing between the thermoelectric element 100 and the bonding layer 300. For example, the diffusion preventing layer 400 can prevent the element contained in the thermoelectric element 100 from moving toward the bonding layer 300 side. In addition, the diffusion preventing layer 400 can prevent the element contained in the bonding layer 300, particularly the Ag element, from moving toward the thermoelectric element 100 side.

확산방지층(400)은 도 3에 상세히 도시한 바와 같이, 확산방지물질층(510a, 510b)과 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)의 다층막 구조이다. The diffusion barrier layer 400 is a multilayer structure of the diffusion preventing material layers 510a and 510b and the thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b, as shown in detail in FIG.

본 실시예에서 확산방지물질층(510a, 510b)과 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)은 서로 번갈아 두 층씩 포함되어 있는 것을 예로 들었는데, 더 나아가 확산방지물질층과 열팽창 계수 엔지니어링층은 서로 번갈아 두 층 이상 포함될 수 있다. In the present embodiment, the diffusion preventing material layers 510a and 510b and the thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b are alternately included in two layers. In addition, the diffusion preventing material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer alternate with each other. Layer or more.

여기서, 확산방지물질층(510a, 510b)의 열팽창 계수는 7.9 x 10-6/K 이하일 수 있다. 이러한 확산방지물질층(510a, 510b)은 Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN 및 MoTiON 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 이러한 물질들은 접합층(300)에 함유된 원소가 열전 소자(100) 측으로 이동하는 것을 특히 방지할 수 있다. Here, the thermal expansion coefficient of the diffusion preventing material layers 510a and 510b may be 7.9 x 10 < -6 > / K or less. The diffusion preventing material layers 510a and 510b may be at least one of Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN and MoTiON. These materials can particularly prevent the element contained in the bonding layer 300 from moving toward the thermoelectric element 100 side.

열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)은 확산방지물질층(510a, 510b)보다 열팽창 계수가 높은 것이다. 이러한 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)의 열팽창 계수는 8 x 10-6/K 이상일 수 있다. 이와 같은 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)은 Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti 및 Ni 중 적어도 어느 하나일 수 있다.The thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b have higher thermal expansion coefficients than the diffusion preventing material layers 510a and 510b. The thermal expansion coefficient of the thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b may be 8 x 10 < -6 > / K or more. The thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b may be at least one of Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti, and Ni.

이 때, 두 층 이상의 확산방지물질층(510a, 510b) 각각은 서로 같은 종류일 수도 있고 다른 종류일 수도 있다. 마찬가지로, 두 층 이상의 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b) 각각은 서로 같은 종류일 수도 있고 다른 종류일 수도 있다. 다시 말해, 다층의 확산방지물질층과 다층의 열팽창 계수 엔지니어링층을 포함하는 확산방지층(400)은 규칙적인 반복 구조(서로 같은 종류인 경우) 또는 불규칙 반복 구조(서로 다른 종류인 경우)일 수 있다. At this time, each of the two or more diffusion preventing material layers 510a and 510b may be the same type or different types. Likewise, each of the two or more thermal expansion coefficient engineering layers 420a, 420b may be of the same type or of different types. In other words, the diffusion barrier layer 400 comprising a multi-layered diffusion barrier material layer and a multi-layer thermal expansion coefficient engineering layer may be a regular repeating structure (for the same kind) or a random repeating structure (for a different kind) .

확산방지층(400)의 두께는 10nm ~ 0.5mm일 수 있다. 10nm보다 작은 두께는 전극(200)과 열전 소자(100) 간 물질 확산을 방지하는 데에 충분하지 않을 수 있다. 0.5mm보다 큰 두께는 열전 소자(100)와 전극(200) 사이의 전체 접합 구조의 두께를 크게 하고 열전 모듈의 부피를 증가시키는 것이므로 바람직하지 않다. 확산방지층(400)은 제조된 열전 소자(100)에 대해 스퍼터링이나 증발법과 같은 증착법으로 형성할 수 있다. 전해 도금이나 무전해 도금으로 형성할 수도 있다. 확산방지물질층과 열팽창 계수 엔지니어링층을 번갈아 가며 형성하여 확산방지층(400)을 형성할 수 있다. The thickness of the diffusion preventing layer 400 may be 10 nm to 0.5 mm. A thickness of less than 10 nm may not be sufficient to prevent diffusion of material between electrode 200 and thermoelectric element 100. A thickness larger than 0.5 mm is not preferable because it increases the thickness of the entire junction structure between the thermoelectric element 100 and the electrode 200 and increases the volume of the thermoelectric module. The diffusion preventive layer 400 may be formed on the thermoelectric element 100 by vapor deposition such as sputtering or evaporation. Or may be formed by electrolytic plating or electroless plating. The diffusion preventing material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer may be alternately formed to form the diffusion preventing layer 400.

열전 소자(100)를 분말 성형하여 제조하는 경우라면 열전 소자를 위한 분말 성형체 위에 위에 언급한 것과 같은 방법으로 확산방지층(400) 물질을 형성한 후 그 결과물을 핫프레스 혹은 SPS(Spark Plasma Sintering)를 포함하는 고온가압 접합 성형하여 열전 소자(100)와 확산방지층(400)을 일체화시킬 수도 있다. In the case of manufacturing the thermoelectric element 100 by powder molding, the diffusion preventing layer 400 material is formed on the powder molding for the thermoelectric element as described above, and the resultant is subjected to hot press or SPS (Spark Plasma Sintering) The thermoelectric element 100 and the diffusion preventing layer 400 may be integrated with each other.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.4 is a view schematically showing a part of the configuration of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 확산방지층(400)과 열전 소자(100) 사이에 제1 접착층(adhesion layer, 430)을 더 포함할 수 있다. 제1 접착층(430)은 확산방지층(400)과 열전 소자(100) 접착력 개선을 위한 것으로, Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi 및 NiCr 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the thermoelectric module according to the present invention may further include a first adhesive layer 430 between the diffusion preventing layer 400 and the thermoelectric element 100. The first adhesive layer 430 is for improving the adhesion between the diffusion preventing layer 400 and the thermoelectric element 100 and may include at least one of Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi, and NiCr.

예를 들어, 제1 접착층(430)은, 열전 소자(100)의 하단부에 Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi 및 NiCr 중 적어도 어느 하나를 코팅하고 금속화(metallization)시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 접착층(430)은 열전 소자(100)에 대해 스퍼터링이나 증발법과 같은 증착법으로 형성할 수 있다. 전해 도금이나 무전해 도금으로 형성할 수도 있다. 그런 다음에 확산방지층(400)을 위에 언급한 것과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 열전 소자(100)를 분말 성형하여 제조하는 경우 열전 소자를 위한 분말 성형체 위에 제1 접착층(430) 물질과 확산방지층(400) 물질을 차례로 형성한 후 그 결과물을 고온가압 접합 성형하여 열전 소자(100)와 제1 접착층(430)과 확산방지층(400)을 일체화시킬 수도 있다. 제1 접착층(430) 두께는 10nm ~ 0.5mm일 수 있다. 10nm보다 작은 두께는 열전 소자(100)와 확산방지층(400) 간 접합력을 확보하는 데에 충분하지 않을 수 있다. 0.5mm보다 큰 두께는 열전 소자(100)와 전극(200) 사이의 전체 접합 구조의 두께를 크게 하고 열전 모듈의 부피를 증가시키는 것이므로 바람직하지 않다. For example, the first adhesive layer 430 may be formed by coating and metallizing at least one of Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi, and NiCr on the lower end of the thermoelectric element 100. For example, the first adhesive layer 430 may be formed on the thermoelectric element 100 by a vapor deposition method such as a sputtering method or an evaporation method. Or may be formed by electrolytic plating or electroless plating. The diffusion barrier layer 400 may then be formed in the same manner as described above. When the thermoelectric element 100 is manufactured by powder molding, the first adhesive layer 430 and the diffusion preventing layer 400 are sequentially formed on the powder compact for a thermoelectric element, and the resultant is subjected to hot press bonding to form thermoelectric elements 100 The first adhesive layer 430 and the diffusion preventing layer 400 may be integrated. The thickness of the first adhesive layer 430 may be 10 nm to 0.5 mm. A thickness of less than 10 nm may not be sufficient to secure the bonding force between the thermoelectric element 100 and the diffusion preventing layer 400. A thickness larger than 0.5 mm is not preferable because it increases the thickness of the entire junction structure between the thermoelectric element 100 and the electrode 200 and increases the volume of the thermoelectric module.

한편, 도 4에는 열전 소자(100)의 하단부에 제1 접착층(430)이 구비된 구성이 도시되어 있으나, 열전 소자(100)의 상단부에서도 확산방지층(400)과의 사이에 제1 접착층(430)이 구비될 수 있음은 물론이다.4 shows a configuration in which the first adhesive layer 430 is provided at the lower end of the thermoelectric element 100. The first adhesive layer 430 is interposed between the thermoelectric element 100 and the diffusion preventing layer 400, ) May be provided.

이처럼, 제1 접착층(430)이 포함된 구성에 의하면, 열전 성능을 저하시키지 않으면서도, 열전 소자(100)와 확산방지층(400) 사이의 부착력을 더욱 강화시킬 수 있다. As described above, the structure including the first adhesive layer 430 can further enhance the adhesion between the thermoelectric element 100 and the diffusion preventing layer 400 without deteriorating the thermoelectric performance .

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 제2 접착층을 더 포함할 수 있다.Also preferably, the thermoelectric module according to the present invention may further comprise a second adhesive layer.

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.5 is a view schematically showing a part of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 접합층(300)과 확산방지층(400) 사이에, 제2 접착층(440)을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the thermoelectric module according to the present invention may further include a second adhesive layer 440 between the bonding layer 300 and the diffusion preventing layer 400.

제2 접착층(440)은 접합층(300)과 확산방지층(400) 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 접착층(440) 두께는 10nm ~ 0.5mm일 수 있다. 10nm보다 작은 두께는 접합층(300)과 확산방지층(400) 간 접합력을 확보하는 데에 충분하지 않을 수 있다. 0.5mm보다 큰 두께는 열전 소자(100)와 전극(200) 사이의 전체 접합 구조의 두께를 크게 하고 열전 모듈의 부피를 증가시키는 것이므로 바람직하지 않다. The second adhesive layer 440 may include at least one of Au and Ag for improving adhesion between the bonding layer 300 and the diffusion barrier layer 400. The thickness of the second adhesive layer 440 may be 10 nm to 0.5 mm. A thickness of less than 10 nm may not be sufficient to secure the bonding force between the bonding layer 300 and the diffusion preventing layer 400. [ A thickness larger than 0.5 mm is not preferable because it increases the thickness of the entire junction structure between the thermoelectric element 100 and the electrode 200 and increases the volume of the thermoelectric module.

제2 접착층(440)은, 열전 소자(100)에 확산방지층(400)을 형성한 다음에 Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 코팅하고 금속화시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 접착층(440)은 확산방지층(400)에 대해 스퍼터링이나 증발법과 같은 증착법으로 형성할 수 있다. 전해 도금이나 무전해 도금으로 형성할 수도 있다. 열전 소자(100)를 분말 성형하여 제조하는 경우라면 열전 소자를 위한 분말 성형체 위에 확산방지층(400) 물질과 제2 접착층(440) 물질을 차례로 형성한 후 그 결과물을 고온가압 접합 성형하여 열전 소자(100)와 확산방지층(400)과 제2 접착층(440)을 일체화시킬 수도 있다. The second adhesive layer 440 may be formed by forming a diffusion preventing layer 400 on the thermoelectric element 100 and then coating and metallizing at least one of Au and Ag. For example, the second adhesive layer 440 may be formed on the diffusion preventing layer 400 by a vapor deposition method such as sputtering or evaporation. Or may be formed by electrolytic plating or electroless plating. In the case of manufacturing the thermoelectric element 100 by powder molding, the diffusion preventing layer 400 and the second adhesive layer 440 are sequentially formed on the powder compact for the thermoelectric element, and the resultant is subjected to hot press bonding to form a thermoelectric element 100, the diffusion preventing layer 400 and the second adhesive layer 440 may be integrated.

다른 예로, 전극(200) 위에 접합층(300)을 구성하고 그 위에 제2 접착층(440)을 형성한 후 확산방지층(400)이 형성된 열전 소자(100)를 여기에 결합시킴으로써 열전 모듈 내에 제2 접착층(440)이 포함되도록 할 수도 있다. As another example, by forming the bonding layer 300 on the electrode 200 and forming the second adhesive layer 440 thereon, the thermoelectric element 100 having the diffusion preventing layer 400 formed thereon is bonded to the thermoelectric element 100, The adhesive layer 440 may be included.

한편, 도 5에는 열전 소자(100)의 하단부에 제2 접착층(440)이 구비된 구성이 도시되어 있으나, 열전 소자(100)의 상단부에서도 확산방지층(400)과 접합층(300) 사이에 제2 접착층(440)이 구비될 수 있음은 물론이다. 5 shows the structure in which the second adhesive layer 440 is provided at the lower end of the thermoelectric element 100. In the upper part of the thermoelectric element 100, the diffusion preventing layer 400 is formed between the diffusion preventing layer 400 and the bonding layer 300 2 adhesion layer 440 may be provided.

이처럼, 제2 접착층(440)이 포함된 구성에 의하면, 열전 성능을 저하시키지 않으면서도, 확산방지층(400)과 접합층(300) 사이의 부착력을 더욱 강화시킬 수 있다. As described above, the structure including the second adhesive layer 440 can further enhance the adhesion between the diffusion preventing layer 400 and the bonding layer 300 without lowering the thermoelectric performance.

가장 바람직하게는, 위에 설명한 제1 접착층(430)/확산방지층(400)/제2 접착층(440)이 열전 모듈에 포함될 수 있다. 도 6은 이러한 경우의 분해 사시도이다. Most preferably, the above-described first adhesive layer 430 / diffusion preventing layer 400 / second adhesive layer 440 may be included in the thermoelectric module. Fig. 6 is an exploded perspective view of such a case.

도 6을 참조하면, 열전 소자(100)의 상부에 상측 방향으로 제1 접착층(430)/확산방지층(400)/제2 접착층(440)이 순차 형성되어 있으며 열전 소자(100)의 하부에 하측 방향으로 제1 접착층(430)/확산방지층(400)/제2 접착층(440)이 순차 형성되어 있다. 열전 소자(100)를 기준으로 상부와 하부의 층들은 대칭구조를 가질 수 있다. 6, a first adhesive layer 430 / a diffusion preventing layer 400 / a second adhesive layer 440 are sequentially formed on an upper portion of the thermoelectric element 100, A diffusion preventing layer 400 and a second adhesive layer 440 are sequentially formed on the first adhesive layer 430 and the second adhesive layer 440, respectively. The upper and lower layers may have a symmetrical structure with respect to the thermoelectric element 100.

본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 기술을 응용하는 여러 장치에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 발전 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 발전 장치는, 본 발명에 따른 열전 모듈을 포함할 수 있다.The thermoelectric module according to the present invention can be applied to various devices for applying thermoelectric technology. In particular, the thermoelectric module according to the present invention can be applied to a thermoelectric generator. That is, the thermoelectric generator according to the present invention may include the thermoelectric module according to the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 열전 소자(100) 및 전극(200) 준비 단계(S110), 확산방지층 형성 단계 (S120) 및 접합층 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다. 7, the thermoelectric module manufacturing method according to the present invention includes the steps of preparing the thermoelectric element 100 and the electrode 200 (S110), forming the diffusion preventing layer (S120), and forming the bonding layer (S130) .

열전 소자 및 전극 준비 단계(S110)는, 열전 모듈을 구성하는 각 구성요소를 준비하는 단계이다. 특히, 상기 S110 단계는, 열전 소자(100)와 전극(200)을 준비할 수 있다. 예를 들어, 상기 S110 단계는, 열전 소자(100)를 준비하기 위해 잉곳 형태로 제조된 열전 재료를 일정 크기로 절단할 수 있다. 아니면 소결전 분말 성형체 제조일 수 있다. 더욱이, 상기 S110 단계는, n형 열전 소자(110)와 p형 열전 소자(120)를 준비할 수 있다. 또한, 상기 S110 단계는, 전기 전도성 재질로 구성된 판 형태로 전극(200)을 준비할 수 있다. 예를 들어, 상기 S110 단계는, 전극(200)으로서 다수의 구리판을 준비할 수 있다. 아니면 기판(500)에 전극(200)이 형성되어 있는 DBC 기판을 준비할 수 있다. The thermoelectric element and electrode preparation step (S110) is a step of preparing each component constituting the thermoelectric module. In particular, in the step S110, the thermoelectric element 100 and the electrode 200 may be prepared. For example, in step S110, the thermoelectric material manufactured in an ingot form may be cut into a predetermined size in order to prepare the thermoelectric element 100. Otherwise, it may be a powder compact before sintering. Further, in step S110, the n-type thermoelectric element 110 and the p-type thermoelectric element 120 may be prepared. In addition, in step S110, the electrode 200 may be prepared in the form of a plate made of an electrically conductive material. For example, in step S110, a plurality of copper plates may be prepared as the electrode 200. [ Alternatively, a DBC substrate having the electrode 200 formed on the substrate 500 can be prepared.

상기 확산방지층 형성 단계 (S120)는, 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층을 번갈아 적어도 1회씩 형성함으로써 다층막 구조를 형성하는 식으로 수행된다. 특히, 상기 S120 단계는 확산방지물질층(510a, 510b)과 열팽창 계수 엔지니어링층(420a, 420b)을 서로 번갈아 두 층씩 형성하여 확산방지층(400)을 형성하는 단계일 수 있다. 확산방지층(400)을 형성하는 구체적인 방법은 앞서 언급한 바와 같이 증착, 도금, 핫프레스와 SPS를 포함하는 고온가압 접합 성형 중 어느 하나일 수 있다. 필요하다면 확산방지층(400)을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 열처리 단계는 압력 인가를 수반할 수 있다. 열처리 단계는 증착 이후에 별도로 수행하는 것일 수도 있고 핫프레스나 SPS와 같은 고온가압 접합 성형 중에 수행될 수도 있다. 아니면 이후 설명하는 접합층 형성 단계(S130)에서 수행될 수도 있다. The diffusion preventing layer forming step (S120) is performed by forming the multilayer structure by alternately forming the diffusion preventing material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer having a higher thermal expansion coefficient than the diffusion preventing material layer, at least once. Particularly, in step S120, the diffusion preventing material layers 510a and 510b and the thermal expansion coefficient engineering layers 420a and 420b may be alternately formed to form a diffusion preventing layer 400. The specific method of forming the diffusion preventing layer 400 may be any one of vapor deposition, plating, high-temperature press-bonding including hot press and SPS as described above. If necessary, the step of heat-treating the diffusion preventing layer 400 may be further included. This heat treatment step may involve pressure application. The heat treatment step may be performed separately after the deposition, or may be performed during a hot press joint molding such as a hot press or SPS. Or may be performed in the bonding layer forming step (S130) described later.

상기 접합층 형성 단계(S130)는 예를 들면, 전극(200) 위에 Ag 페이스트 배치 후 열전 소자(100)의 확산방지층(400)을 그 위에 두고 소결하는 단계로 이루어질 수 있다.The bonding layer forming step S130 may include, for example, placing the Ag paste on the electrode 200 and then sintering the diffusion preventing layer 400 of the thermoelectric element 100 thereon.

이 단계는, 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(100)의 확산방지층(400) 상단부에 Ag 페이스트를 스크린 인쇄(screen printing) 방식으로 도포하고, 그 상부에 전극(200)을 안착시키는 형태로 수행될 수 있다. 다만, Ag 페이스트의 도포는, 스크린 인쇄 이외에도, 디스펜싱(dispensing)이나 드롭핑(dropping)과 같은 다른 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 또한, Ag 페이스트의 개재는, 전극(200)의 상부에 Ag 페이스트를 도포하고, 그 상부에 확산방지층(400)이 형성된 열전 소자(100)를 안착시키는 형태로 수행될 수도 있다. 접합 소결은 예컨대 300℃ 이하의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 S130 단계는 200℃ 내지 250℃의 온도에서 수행될 수 있다. 특히, 상기 S130 단계는 230℃ 내지 250℃의 온도에서 수행될 수 있다. 이러한 소결 온도 조건의 경우, 종전의 Sn계 솔더층의 공정 온도나 다른 소결 온도 공정보다 낮은 온도라고 할 수 있다.This step can be performed in various ways. For example, the Ag paste may be applied to the upper end of the diffusion barrier layer 400 of the thermoelectric element 100 by a screen printing method, and the electrode 200 may be placed thereon. However, in addition to screen printing, the application of the Ag paste can be performed in various other ways such as dispensing or dropping. The interposition of the Ag paste may be performed by applying Ag paste to the upper portion of the electrode 200 and placing the thermoelectric element 100 having the diffusion preventing layer 400 thereon. The bonded sintering can be performed at a temperature condition of, for example, 300 DEG C or less. For example, the step S 130 may be performed at a temperature of 200 ° C to 250 ° C. In particular, the step S 130 may be performed at a temperature of 230 ° C to 250 ° C. In this sintering temperature condition, it can be said that the process temperature of the old Sn-based solder layer is lower than that of the other sintering temperature process.

또한, 상기 S130 단계는, 0.1MPa 내지 200MPa의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 특히, 상기 S130 단계는, 10MPa 내지 20MPa의 압력 조건 하에서 수행될 수 있다.Also, the step S130 may be performed under a pressure of 0.1 MPa to 200 MPa. In particular, the step S130 may be performed under a pressure condition of 10 MPa to 20 MPa.

상기 S130 단계는, 소정 시간, 이를테면 2분 내지 3분 동안 수행될 수 있다. The step S130 may be performed for a predetermined time, for example, 2 minutes to 3 minutes.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 앞서 언급한 바와 같이 열전 소자(100)와 확산방지층(400) 사이 및/또는 확산방지층(400)과 접합층(300) 사이에 접착층(430 또는 440)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 각 접착층(430 또는 440)을 형성하는 방법은 전술한 바와 같이 증착, 도금, 및 고온가압 접합 성형 중 어느 하나일 수 있다. 필요하다면 접착층(430 또는 440)을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 열처리 단계는 압력 인가를 수반할 수 있다. 열처리 단계는 증착 이후에 별도로 수행하는 것일 수도 있고 핫프레스나 SPS와 같은 고온가압 접합 성형 중에 수행될 수도 있다. 아니면 위에 설명한 접합층 형성 단계(S130)에서 수행될 수도 있다. The method of manufacturing a thermoelectric module according to the present invention may further comprise the step of applying an adhesive layer (not shown) between the thermoelectric element 100 and the diffusion preventing layer 400 and / or between the diffusion preventing layer 400 and the bonding layer 300 430 or 440). ≪ / RTI > The method of forming each adhesive layer 430 or 440 may be any one of vapor deposition, plating, and high-temperature press-bonding, as described above. If necessary, the step of heat-treating the adhesive layer 430 or 440 may be further included. This heat treatment step may involve pressure application. The heat treatment step may be performed separately after the deposition, or may be performed during a hot press joint molding such as a hot press or SPS. Or may be performed in the bonding layer forming step (S130) described above.

제1 접착층(430)을 형성하는 단계는 상기 S110 단계 이후, 상기 S120 단계 이전에 수행될 수 있다. 제2 접착층(440)을 형성하는 단계는 상기 S120 단계 이후, 상기 S130 단계 이전에 수행될 수 있다. 제1 접착층(430)/ 확산방지층(400)/ 제2 접착층(440)을 형성한 후 접합층(300)을 형성하기 전에 고온에서 일축 가압 등의 방법으로 에이징(aging)을 하여 금속간 화합물을 형성함으로써 접합력을 증대시키는 공정을 가져도 좋다.  The step of forming the first adhesive layer 430 may be performed after step S110 and before step S120. The step of forming the second adhesive layer 440 may be performed after step S120 and before step S130. After the first bonding layer 430 / the diffusion preventing layer 400 / the second bonding layer 440 are formed, the bonding layer 300 is aged at a high temperature by uniaxial pressing or the like to form an intermetallic compound Thereby increasing the bonding force.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실험예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples.

실험예Experimental Example

도 8은 본 발명의 실험예에 따른 열전 모듈에서 열전 소자에 제1 접착층과 다층구조의 확산방지층을 형성한 경우의 단면 모식도이다.8 is a schematic cross-sectional view of a thermoelectric module according to an experimental example of the present invention, in which a first adhesive layer and a multi-layered diffusion barrier layer are formed on a thermoelectric module.

실험예에서는 도 8에서와 같이 열전 소자에 제1 접착층, 확산방지물질층/열팽창 계수(CTE) 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층 구조의 확산방지층을 형성하였다. In the experimental example, a diffusion preventing layer of a first adhesive layer, a diffusion preventing material layer / a thermal expansion coefficient (CTE) engineering layer / a diffusion preventing material layer / a CTE engineering layer structure was formed on a thermoelectric element.

도 9는 도 8의 실험예에 따라 제조한 열전 모듈에서 제1 접착층과 확산방지층을 관찰한 TEM 사진이다. 실험예 1로서 제1 접착층, 확산방지물질층/CTE 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층으로서 Ti/Mo/Ag/Mo/Ag를 형성한 경우이다. 열전 소자는 스쿠테루다이트(SKD)로 구성하였다. 9 is a TEM photograph showing the first adhesive layer and the diffusion preventing layer in the thermoelectric module manufactured according to the experimental example of FIG. As Experimental Example 1, Ti / Mo / Ag / Mo / Ag was formed as the first adhesive layer, the diffusion preventing material layer / CTE engineering layer / the diffusion preventing material layer / CTE engineering layer. The thermoelectric elements were composed of scutureddite (SKD).

확산방지물질층/CTE 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층 구조의 확산방지층에 대하여 물질 종류는 그대로 하고 두께를 달리 하여 열팽창 계수 전산모사도 실시하였다.Diffusion Prevention Substrate Layer / CTE Engineering Layer / Diffusion Prevention Substrate Layer / CTE The diffusion barrier layer of the engineering layer structure was subjected to thermal expansion coefficient computation by varying the material type and thickness.

실험예 2는 확산방지물질층/CTE 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층이 Mo(100nm)/Ag(100nm)/Mo(100nm)/Ag(100nm)인 경우이고, 실험예 3은 확산방지물질층/CTE 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층이 Mo(60nm)/Ag(140nm)/Mo(60nm)/Ag(140nm)인 경우이며, 실험예 4는 확산방지물질층/CTE 엔지니어링층/확산방지물질층/CTE 엔지니어링층이 Mo(20nm)/Ag(180nm)/Mo(20nm)/Ag(180nm)인 경우이다.Experimental Example 2 is a case where the diffusion preventing material layer / CTE engineering layer / diffusion preventing material layer / CTE engineering layer is Mo (100 nm) / Ag (100 nm) / Mo (100 nm) / Ag (60 nm) / Ag (140 nm) / Mo (60 nm) / Ag (140 nm), Experimental Example 4 is a case where the diffusion preventive material layer / CTE engineering layer / CTE engineering layer / The engineering layer / diffusion preventing material layer / CTE engineering layer is Mo (20 nm) / Ag (180 nm) / Mo (20 nm) / Ag (180 nm).

다음 표 1은 실험예 2 내지 4에서 300℃와 500℃에서 각 온도별 치수 변화를 측정한 결과를 정리한 것이다(단위 : ㎛). The following Table 1 summarizes the measurement results of the dimensional changes of each temperature at 300 ° C and 500 ° C in Experimental Examples 2 to 4 (unit: 탆).

Figure pat00001
Figure pat00001

전체 확산방지층의 두께는 400nm로 동일하나 실험예 2에서 4로 갈수록 확산방지물질층의 두께는 작아지고 CTE 엔지니어링층의 두께는 커진다. 표 1을 참조하면 실험예 2에서 4로 갈수록 동일 온도에서 치수가 더 크게 늘어나며, 다시 말해 열팽창 계수가 증가한다. 그리고, 그 증가 경향은 더 높은 온도에서 더 뚜렷하다. 이와 같이 확산방지층 안에 CTE 엔지니어링층을 도입하고 그 두께를 조절하면 전체 확산방지층의 열팽창 계수를 디자인할 수 있음을 알 수 있다. 확산방지물질층과 CTE 엔지니어링층의 구성 물질, 두께 비율, 적층 수 등을 조절하면 열전 소자와 접합층 사이에서 열팽창 계수의 큰 차이 없이 확산방지층을 형성할 수 있으며, 이에 따라 고온에서도 안정적인 접합 구조를 유지할 수 있다. The total thickness of the diffusion preventing layer is equal to 400 nm, but the thickness of the diffusion preventing material layer becomes smaller and the thickness of the CTE engineering layer becomes larger as the distance from Experiment 2 to 4 increases. Referring to Table 1, the dimension increases at the same temperature from Experiment 2 to 4, in other words, the coefficient of thermal expansion increases. And, the increasing tendency is more pronounced at higher temperatures. It can be seen that the CTE engineering layer is introduced into the diffusion preventing layer and the thermal expansion coefficient of the entire diffusion preventing layer can be designed by adjusting the thickness thereof. By controlling the constituent materials of the diffusion preventing material layer and the CTE engineering layer, the thickness ratio, the number of layers, and the like, it is possible to form a diffusion preventing layer without a large difference in thermal expansion coefficient between the thermoelectric element and the bonding layer. .

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.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. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

100: 열전 소자 110: n형 열전 소자
120: p형 열전 소자 200: 전극
300: 접합층 400: 확산방지층
410a, 410b:확산방지물질층 420a, 420b:열팽창 계수 엔지니어링층
430: 제1 접착층 440: 제2 접착층
500: 기판100: thermoelectric element 110: n-type thermoelectric element
120: p-type thermoelectric element 200: electrode
300: bonding layer 400: diffusion preventing layer
410a, 410b: diffusion preventing material layer 420a, 420b: thermal expansion coefficient engineering layer
430: first adhesive layer 440: second adhesive layer
500: substrate

Claims (25)

열전 반도체로 구성된 복수의 열전 소자;
전기 전도성 재질로 구성되어 상기 열전 소자 사이에 연결된 전극;
상기 열전 소자와 상기 전극 사이에 개재되어 상기 열전 소자와 상기 전극 사이를 접합시키는 접합층(bonding layer);
상기 접합층과 열전 소자 사이에 형성된 확산방지층(diffusion barrier layer)을 포함하며,
상기 확산방지층은 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층의 다층막 구조인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.A plurality of thermoelectric elements composed of thermoelectric semiconductors;
An electrode formed of an electrically conductive material and connected between the thermoelectric elements;
A bonding layer interposed between the thermoelectric element and the electrode to bond the thermoelectric element and the electrode;
And a diffusion barrier layer formed between the bonding layer and the thermoelectric element,
Wherein the diffusion preventing layer is a multi-layered structure of a diffusion preventing material layer and a thermal expansion coefficient engineering layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the diffusion preventing material layer. 제1항에 있어서, 상기 확산방지물질층과 상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 서로 번갈아 두 층 이상 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein the diffusion preventing material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer are alternately contained in two or more layers. 제1항에 있어서, 상기 확산방지물질층의 열팽창 계수는 7.9 x 10-6/K 이하인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein a coefficient of thermal expansion of the diffusion preventing material layer is 7.9 x 10 < -6 > / K or less. 제1항에 있어서, 상기 확산방지물질층은 Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN 및 MoTiON 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein the diffusion preventing material layer is at least one of Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN and MoTiON. 제1항에 있어서, 상기 열팽창 계수 엔지니어링층의 열팽창 계수는 8 x 10-6/K 이상인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein the thermal expansion coefficient engineering layer has a thermal expansion coefficient of 8 x 10 -6 / K or more. 제1항에 있어서, 상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti 및 Ni 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein the thermal expansion coefficient engineering layer is at least one of Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti and Ni. 제1항에 있어서, 상기 확산방지층과 상기 열전 소자 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi 및 NiCr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1 접착층(adhesion layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈. The electro-optical device according to claim 1, further comprising a first adhesive layer for improving adhesion between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element, the first adhesive layer including at least one of Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi and NiCr Thermoelectric module characterized by. 제1항에 있어서, 상기 접합층과 확산방지층 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, further comprising a second adhesive layer for improving adhesion between the bonding layer and the diffusion preventing layer, the adhesive layer including at least one of Au and Ag. 제1항에 있어서, 상기 확산방지층의 두께는 10nm ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 열전 모듈.The thermoelectric module according to claim 1, wherein the thickness of the diffusion preventing layer is 10 nm to 0.5 mm. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층의 두께는 10nm ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 열전 모듈. The thermoelectric module according to claim 7 or 8, wherein the thickness of the first adhesive layer or the second adhesive layer is 10 nm to 0.5 mm. 열전 반도체로 구성된 복수의 열전 소자 및 전기 전도성 재질로 구성된 전극을 준비하는 단계;
상기 열전 소자에 확산방지층을 형성하는 단계; 및
상기 확산방지층이 형성된 열전 소자와 상기 전극 사이를 접합시키는 접합층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 확산방지층은 확산방지물질층과 상기 확산방지물질층보다 열팽창 계수가 높은 열팽창 계수 엔지니어링층의 다층막 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.Preparing a plurality of thermoelectric elements composed of thermoelectric semiconductors and an electrode made of an electrically conductive material;
Forming a diffusion preventing layer on the thermoelectric element; And
Forming a bonding layer for bonding the thermoelectric element with the diffusion preventing layer and the electrode,
Wherein the diffusion preventing layer is formed of a multi-layered structure of a diffusion preventing material layer and a thermal expansion coefficient engineering layer having a thermal expansion coefficient higher than that of the diffusion preventing material layer. 제11항에 있어서, 상기 확산방지물질층과 상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 서로 번갈아 두 층 이상 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.12. The method of claim 11, wherein the diffusion preventive material layer and the thermal expansion coefficient engineering layer are alternately contained in two or more layers. 제11항에 있어서, 상기 확산방지물질층의 열팽창 계수는 7.9 x 10-6/K 이하인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.12. The method of claim 11, wherein a coefficient of thermal expansion of the diffusion preventing material layer is 7.9 x 10 < -6 > / K or less. 제11항에 있어서, 상기 확산방지물질층은 Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN 및 MoTiON 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.12. The thermoelectric module manufacturing method according to claim 11, wherein the diffusion preventing material layer is at least one of Mo, Ni, Ti, Ta, Zr, Hf, Y, CrN, TiN, WTi, TiCN, TiAlN and MoTiON. . 제11항에 있어서, 상기 열팽창 계수 엔지니어링층의 열팽창 계수는 8 x 10-6/K 이상인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.12. The method of claim 11, wherein the thermal expansion coefficient engineering layer has a thermal expansion coefficient of 8 x 10 < -6 > / K or more. 제11항에 있어서, 상기 열팽창 계수 엔지니어링층은 Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti 및 Ni 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.The method of claim 11, wherein the thermal expansion coefficient engineering layer is at least one of Ag, Au, Pd, Cu, Al, Ti, and Ni. 제11항에 있어서, 상기 확산방지층과 상기 열전 소자 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi 및 NiCr 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법. The thermoelectric device according to claim 11, further comprising a first adhesive layer for improving adhesion between the diffusion preventing layer and the thermoelectric element and including at least one of Ti, Cr, Ni, Pt, MoTi and NiCr. Method of manufacturing a module. 제11항에 있어서, 상기 접합층과 확산방지층 사이에 접착력 개선을 위한 것으로 Au 및 Ag 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.The thermoelectric module manufacturing method according to claim 11, further comprising a second adhesive layer for improving adhesion between the bonding layer and the diffusion preventing layer, the adhesive layer including at least one of Au and Ag. 제11항에 있어서, 상기 확산방지층의 두께는 10nm ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.The thermoelectric module manufacturing method according to claim 11, wherein the thickness of the diffusion preventing layer is 10 nm to 0.5 mm. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층의 두께는 10nm ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법. The thermoelectric module manufacturing method according to claim 17 or 18, wherein the thickness of the first adhesive layer or the second adhesive layer is 10 nm to 0.5 mm. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층 및 상기 확산방지층은 증착, 도금, 및 고온가압 접합 성형 중 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.The thermoelectric module manufacturing method according to claim 17 or 18, wherein the first adhesive layer or the second adhesive layer and the diffusion preventing layer are formed by any one of vapor deposition, plating, and high-temperature press-bonding. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층 및 상기 확산방지층을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.19. The method of claim 17 or 18, further comprising heat treating the first adhesive layer or the second adhesive layer and the diffusion barrier layer. 제22항에 있어서, 상기 열처리시 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.23. The method of claim 22, wherein a pressure is applied during the heat treatment. 제22항에 있어서, 상기 열처리는 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층 및 상기 확산방지층을 증착이나 도금한 후 실시하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법. The thermoelectric module manufacturing method according to claim 22, wherein the heat treatment is performed after vapor deposition or plating of the first adhesive layer or the second adhesive layer and the diffusion preventing layer. 제22항에 있어서, 상기 열처리는 상기 제1 접착층 또는 제2 접착층 및 상기 확산방지층을 고온가압 접합 성형하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법. The thermoelectric module manufacturing method according to claim 22, wherein the heat treatment is performed while the first adhesive layer or the second adhesive layer and the diffusion preventing layer are subjected to hot press bonding molding.
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