KR20190009470A - Composition of thermoelectric element - Google Patents

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KR20190009470A KR1020170091184A KR20170091184A KR20190009470A KR 20190009470 A KR20190009470 A KR 20190009470A KR 1020170091184 A KR1020170091184 A KR 1020170091184A KR 20170091184 A KR20170091184 A KR 20170091184A KR 20190009470 A KR20190009470 A KR 20190009470A
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Abstract

According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a thermoelectric element is provided. The method includes: a step of preparing thermoelectric element powder; a step of injecting the thermoelectric element powder into a heating part; a step of sealing the heating part; a step of heating the heating part and melting the thermoelectric element powder to transform the thermoelectric element powder into a molten thermoelectric material; a step of heating the molten thermoelectric material by a zone melting method; and a step of growing the purified molten thermoelectric material based on a predetermined crystal. A thermoelectric element having a high thermoelectric performance index can be manufactured.

Description

열전 소자 제조 방법{Composition of thermoelectric element}[0001] The present invention relates to a thermoelectric element,

본 발명은 열전 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전 소자로 가동되는 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric element, and more particularly, to a method of manufacturing an ingot operated by a thermoelectric element.

열전현상(Thermoelectric Effect)는 두개의 서로 다른 금속도선의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도 차를 주면 두 접점 사이에 전위차가 발생되는 현상을 말한다. 이러한 열전현상은 양단간의 온도 차를 이용하여 기전력을 얻어내는 제베크 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 펠티에효과, 도체의 선상의 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨 효과로 나눌 수 있다. A thermoelectric effect is a phenomenon in which a potential difference is generated between two contacts when two ends of two different metal conductors are connected to form a closed circuit and a temperature difference is applied to both ends. This thermoelectric phenomenon can be classified into the Hebeck effect of obtaining the electromotive force using the temperature difference between the both ends, the Peltier effect of cooling and heating by the electromotive force, and the Thomson effect of generating the electromotive force by the temperature difference of the conductor.

이러한 열전재료의 성능은 무 차원 성능지수(dimensionless figure of merit)로 통칭되며, 이는

Figure pat00001
로 정의되는 열전 성능지수(ZT)값을 사용한다. 여기서
Figure pat00002
는 제백 계수이고,
Figure pat00003
는 전기 전도도이고,
Figure pat00004
는 열전도도이고,
Figure pat00005
는 온도이다. ZT값을 결정하는 주요 변수인 제백 계수와 전기 전도도는 어느 한쪽의 성능을 증가시키면 다른 한쪽이 감소하는 상반 관계를 나타내어, 캐리어 농도가 낮아져 열기전력이 증가하면 전기 전도도가 감소하는 특징을 가진다. The performance of these thermoelectric materials is commonly referred to as the dimensionless figure of merit,
Figure pat00001
(ZT) value, which is defined as " a " here
Figure pat00002
Is a whiteness coefficient,
Figure pat00003
Is the electrical conductivity,
Figure pat00004
Is a thermal conductivity,
Figure pat00005
Is the temperature. The ZT value is determined by increasing the performance of the whiteness coefficient and the electric conductivity, which are opposite to each other. The electric conductivity decreases when the carrier concentration decreases and the thermoelectric power increases.

이러한 특징을 가지는 열전소자는 고체 구조를 갖기 때문에 높은 신뢰성을 가지며, 반 영구적으로 사용할 수 있고, 가열 및 냉각을 동시에 제공할 수 있으며, 정밀하게 온도를 제어할 수 있다는 장점을 가진다. 다만, 기존의 열전 소자는 열과 전기간 변환 성능을 나타내는 열전 성능지수(ZT)가 낮은 단점이 있었다. A thermoelectric element having such a characteristic has a high reliability because it has a solid structure, can be used semi-permanently, can simultaneously provide heating and cooling, and has an advantage that temperature can be precisely controlled. However, conventional thermoelectric elements have a disadvantage in that the thermoelectric performance index (ZT), which indicates heat and electric conversion performance, is low.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위해서, 열전 성능지수가 높은 열전소자를 제조하기 위한 열전 소자 제조 방법에 관한 것이다. An object of the present invention is to provide a thermoelectric device manufacturing method for manufacturing a thermoelectric device having a high thermoelectric performance index in order to solve the above problems.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims .

본 발명의 일 양상에 따르면, 열전 소자 분말을 준비하는 단계; 상기 열전 소자 분말을 가열부에 투입하는 단계; 상기 가열부를 실링하는 단계; 상기 가열부를 가열하여, 상기 열전 소자 분말을 용융하여 상기 열전 소자 분말을 열전 용융체로 변형하는 단계; 상기 열전 용융체를 존 멜팅 방식으로 가열하여 정제하는 단계; 정제된 상기 열전 용융체를 소정의 결정체를 기준으로 성장시키는 단계;를 포함하는 열전 소자 제조 방법이 제공될 수 있다. According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thermoelectric element, comprising: preparing a thermoelectric element powder; Injecting the thermoelectric element powder into a heating unit; Sealing the heating unit; Heating the heating unit to melt the thermoelectric element powder to transform the thermoelectric element powder into a thermoelectric body; Heating the thermoelectric melt by a zone melting method; And growing the purified thermo-melt on the basis of a predetermined crystal.

또한, 열전 소자 분말은, 하기 화학식1의 구조를 갖는 제1 화합물인 Bi-Sb-Te-Se계 70 중량% 내지 97 중량% 및 제1 첨가제 3% 내지 8%로 이루어지며, 상기 제1 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 2.14 중량부 내지 44.82 중량부, Sb는 13.23 중량부 내지 70.02 중량부, Se는 0.722 중량부 내지 22.62 중량부, Te는 16.34 중량부 내지 77.22 중량부인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법이 제공될 수 있다. <화학식 1>

Figure pat00006
The thermoelectric element powder is composed of 70% by weight to 97% by weight of a first compound having a structure represented by the following formula (1), Bi-Sb-Te-Se, and 3% to 8% Wherein the Bi is from 2.14 parts by weight to 44.82 parts by weight, the Sb is from 13.23 parts by weight to 70.02 parts by weight, the Se is from 0.722 parts by weight to 22.62 parts by weight, and the Te is from 16.34 parts by weight to 77.22 parts by weight, A device manufacturing method can be provided. &Lt; Formula 1 >
Figure pat00006

또한, 열전 소자 분말은, 하기 화학식2의 구조를 갖는 제2 화합물인 Bi-Sb-Te-Se계 91중량% 내지 99 중량% 및 제2 첨가제 1% 내지 5%로 이루어지며, 상기 제2 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 22.71 내지 74.78 중량부, Sb는 0.99 내지 22.97 중량부, Se는 0.623 내지 16.067 중량부, Te는 18.78 내지 69.02 중량부 인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법이 제공될 수 있다. <화학식 2>

Figure pat00007
Further, the thermoelectric-element powder is composed of 91% by weight to 99% by weight of a Bi-Sb-Te-Se system as a second compound having a structure of the following formula 2 and 1% to 5% Wherein the Bi is from 22.71 to 74.78 parts by weight, the Sb is from 0.99 to 22.97 parts by weight, the Se is from 0.623 to 16.067 parts by weight, and the Te is from 18.78 to 69.02 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermoplastic resin have. (2)
Figure pat00007

또한, 상기 존 멜팅 방식으로 가열하는 온도는 873K인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법이 제공될 수 있다. Also, the temperature for heating by the zone melting method is 873K.

또한, 정제된 상기 열전 용융체를 소정의 결정체를 기준으로 성장시키는 속도는 15mm/h인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법이 제공될 수 있다. Also, a method of manufacturing a thermoelectric device, wherein the rate of growing the purified thermoelectric melt on the basis of a predetermined crystal is 15 mm / h.

본 발명에 따른 열전 소자 조성물에 의하면, 전기 에너지에서 열 에너지로 변환되는 비율이 높은 열전 소자를 제작할 수 있다. According to the thermoelectric-element composition of the present invention, it is possible to produce a thermoelectric element having a high ratio of conversion from electric energy to thermal energy.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and the effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 대한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 제공되는 열전 소자 조성물에 대한 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 제공되는 열전 소자 조성물에 대한 확대도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 멜팅 온도에 따른 열전 소자의 성능 지수에 대한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 성장 속도에 따른 열전 소자의 성능 지수에 대한 그래프.
1 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention;
2 is an enlarged view of a thermoelectric-element composition provided in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view of a thermoelectric element composition provided in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the performance index of a thermoelectric device according to the melting temperature in an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a graph of the performance index of a thermoelectric device according to a growth rate in an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may readily be suggested, but are also considered to be within the scope of the present invention.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.The same reference numerals are used to designate the same components in the same reference numerals in the drawings of the embodiments.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of known configurations or functions related to the present invention will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be blurred.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 대한 사시도이다.1 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 열전 모듈은 상부 절연부(10), 하부 절연부(20), 상부 전극부(30), 하부 전극부(40), P형 열전재료(50), N형 열전재료(60) 및 리드 전극부(70)를 포함할 수 있다.1, the thermoelectric module includes an upper insulating portion 10, a lower insulating portion 20, an upper electrode portion 30, a lower electrode portion 40, a P-type thermoelectric material 50, an N-type thermoelectric material ( 60, and a lead electrode unit 70.

상기 상부 절연부(10) 및 상기 하부 절연부(20)는 전기 또는 열이 통하지 않는 부도체일 수 있다.The upper insulation part 10 and the lower insulation part 20 may be non-conductive, which does not allow electricity or heat.

일례로, 상기 상부 절연부(10) 및 상기 하부 절연부(20)는 갈륨비소(GaAs), 사파이어, 실리콘, 파이렉스, 석영 기판 등을 이용할 수 있다. For example, the upper insulating portion 10 and the lower insulating portion 20 may be made of gallium arsenide (GaAs), sapphire, silicon, Pyrex, or a quartz substrate.

상기 상부 전극부(30)는 상기 상부 절연부(10)에 패턴화되어 형성될 수 있다.The upper electrode part 30 may be patterned in the upper insulating part 10.

또한, 상기 하부 전극부(40)는 상기 하부 절연부(20)에 패턴화되어 형성될 수 있다.In addition, the lower electrode part 40 may be patterned in the lower insulating part 20.

일례로, 상기 상부 전극부(30) 및 상기 하부 전극부(40)는 알루미늄, 니켈, 금, 티타늄 등으로 이루어질 수 있다.For example, the upper electrode unit 30 and the lower electrode unit 40 may be formed of aluminum, nickel, gold, titanium, or the like.

또한, 상기 상부 전극부(30) 및 상기 하부 전극부(40)는 도시된 모양 이외의 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다. In addition, the upper electrode unit 30 and the lower electrode unit 40 may be variously modified at a level that is obvious to a person skilled in the art.

또한, 상기 상부 전극부(30) 및 상기 하부 전극부(40)가 상기 상부 절연부(10) 및 상기 하부 절연부(20)에 패터닝되는 방법은 종래 알려져 있는 패터닝 방법을 제한 없이 사용할 수 있다.The upper electrode unit 30 and the lower electrode unit 40 may be patterned to the upper insulation unit 10 and the lower insulation unit 20 by any known patterning method.

일례로, 리프트 오브 반도체 공정, 증착 방법, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다. For example, a lift-in semiconductor process, a deposition method, a photolithography process, or the like can be used.

상기 P형 열전재료(50)는 후술하는 화학식 1의 구조를 갖는 제1 화합물을 포함할 수 있다. The P-type thermoelectric material 50 may include a first compound having a structure of the following formula (1).

또한, 상기 N형 열전재료(60)는 후술하는 화학식 2의 구조를 갖는 제2 화화물을 포함할 수 있다.Further, the N-type thermoelectric material 60 may include a second combustible having a structure of the following formula (2).

상기 P형 열전재료(50) 및 상기 N형 열전재료는 상기 상부 전극부(30)와 상기 하부 전극부(40)에 사이에 배치되어, 상호 접촉될 수 있다. The P-type thermoelectric material 50 and the N-type thermoelectric material may be disposed between the upper electrode unit 30 and the lower electrode unit 40 and may be in contact with each other.

상기 P형 열전재료(50)와 상기 N형 열전재료(60)는 교호적으로 배열될 수 있다. The P-type thermoelectric material (50) and the N-type thermoelectric material (60) may be alternately arranged.

상기 리드 전극부(70)는 상기 상부 전극부(30)와 상기 하부 전극부(40)를 열전모듈의 외부와 연결시킬 수 있다. The lead electrode unit 70 may connect the upper electrode unit 30 and the lower electrode unit 40 to the outside of the thermoelectric module.

P 형 열전재료 및 N형 열전재료는 잉곳(ingot, 100)에 의해 가공되어 형성될 수 있다. The P-type thermoelectric material and the N-type thermoelectric material may be formed by processing with an ingot (100).

여기서, 잉곳(100)은 존 멜팅(zone melting) 방식에 의한 단결정 성장기술에 의해 제작될 수 있다. Here, the ingot 100 can be manufactured by a single crystal growth technique by a zone melting method.

존 멜팅 방식에 의한 단결정 성장기술은 히터의 이동 등에 의한 재료의 국부적 용융 및 냉각을 통하여 재료를 결정성장 시키는 방법으로써, 비교적 간단한 설비를 통해 고 순도의 단결정 잉곳(100)을 생산할 수 있다. The single crystal growth technique by the zone melting method is a method of crystal growth of a material through local melting and cooling of a material due to movement of a heater or the like, and a single crystal ingot 100 of high purity can be produced through relatively simple facilities.

단결정 성장기술에 의해 제조된 단결정 잉곳(100)은 슬라이싱, 코팅 또는 다이싱 등의 복잡한 후 가공 공정을 거쳐 하나의 개별 칩 형태로 제작될 수 있다. The single crystal ingot 100 manufactured by a single crystal growth technique can be manufactured into a single individual chip form through complicated post-processing such as slicing, coating, or dicing.

다만, 이에 한정하지 않고 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다른 방식으로 열전재료를 제조할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and a thermoelectric material can be manufactured in a different manner at a level that is obvious to a general engineer.

일례로, 분말 소결 방식에 따라 잉곳(100)을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전재료용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전재료를 획득할 수 있다.For example, the ingot 100 may be manufactured according to a powder sintering method, and then the ingot may be pulverized and sieved to obtain a thermoelectric material powder, and the thermoelectric material may be obtained through the sintering process.

다만, 열전성능지수의 효율을 향상시키기 위해서는 존 멜팅 방식에 의하는 것이 바람직할 수 있다. However, in order to improve the efficiency of the thermoelectric performance index, it may be preferable to use the zone melting method.

상술한 공정에 의해 생성된 P형 열전재료는

Figure pat00008
로 표현되는 화학식 1의 구조를 갖는 제1 화합물을 포함할 수 있다.The P-type thermoelectric material produced by the above-
Figure pat00008
Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1 &lt; / RTI &gt;

여기서, a, b, c, d는 0.1≤a≤1.0, 1.0≤b≤3.0, 1.0≤c≤4.0 및 0.1≤d≤1.0 범위를 가질 수 있다. Here, a, b, c, and d may have a range of 0.1? A? 1.0, 1.0 b? 3.0, 1.0 c? 4.0, and 0.1 d? 1.0.

또한. P형 열전재료는 열전성능지수를 증가시키는 제1 첨가제를 더 포함할 수 있다. Also. The P-type thermoelectric material may further include a first additive for increasing the thermoelectric performance index.

여기서, 제1 첨가제는 Te(Tellurium)일 수 있다. Here, the first additive may be Te (Tellurium).

또한, 구체적인 일례로, 상기 제1 첨가제의 함량은, 제1 조성물의 100 중량부에 대해서, 1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다. As a specific example, the content of the first additive may be 1 part by weight to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the first composition.

또한, 상기 제1 조성물은 상기 제1 조성물 100 중량부에 대해서, Bi(bismuth)는 2.14 중량부 내지 44.82 중량부, Sb(antimony)는 13.23 중량부 내지 70.02 중량부, Se(Selenium)는 0.722 중량부 내지 22.62 중량부, Te(Tellurium)는 16.34 중량부 내지 77.22 중량부일 수 있다. In the first composition, Bi (bismuth) is 2.14 parts by weight to 44.82 parts by weight, Sb (antimony) is 13.23 parts by weight to 70.02 parts by weight, Se (Selenium) is 0.722 weight parts To 22.62 parts by weight, and Te (Tellurium) may be from 16.34 parts by weight to 77.22 parts by weight.

다만, 여기서 a는 0.5, b는 1.5, c는 2.87 및 d는 0.13인 것이 바람직할 수 있다.However, it is preferable that a is 0.5, b is 1.5, c is 2.87, and d is 0.13.

즉, 상기 제1 조성물은 상기 제1 조성물 100 중량부에 대해서 Bi는 15.746 중량부, Sb는 27.522 중량부, Te는 55.185 중량부 및 Se는 1.547 중량부인 것이 바람직할 수 있다. That is, it is preferable that the first composition contains 15.746 parts by weight of Bi, 27.522 parts by weight of Bi, 55.185 parts by weight of Te, and 1.547 parts by weight of Se based on 100 parts by weight of the first composition.

또한, 제1 첨가제 Te은 제1 조성물의 100 중량부에 대해서 3 중량부인 것이 바람직할 수 있다. The first additive Te may preferably be 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the first composition.

상술한 공정에 의해 생성된 N형 열전재료는

Figure pat00009
로 표현되는 화학식 2의 구조를 갖는 제2 화합물을 포함할 수 있다.The N-type thermoelectric material produced by the above-
Figure pat00009
A second compound having a structure represented by the general formula (2).

여기서, a, b, c, d는 1.0≤a≤3.0, 0.1≤b≤1.0, 1.5≤c≤4.0이고 0.1≤d≤1.0 범위를 가질 수 있다. Here, a, b, c and d may have a range of 1.0? A? 3.0, 0.1? B? 1.0, 1.5? C? 4.0 and 0.1? D? 1.0.

또한. N형 열전재료는 열전성능지수를 증가시키는 제2 첨가제를 더 포함할 수 있다. Also. The N-type thermoelectric material may further include a second additive for increasing the thermoelectric performance index.

여기서, 제2 첨가제는

Figure pat00010
(Antimony triiodide)를 포함할 수 있다. Here, the second additive is
Figure pat00010
(Antimony triiodide).

또한, 구체적인 일례로, 상기 제2 첨가제의 함량은, 제2 조성물의 100 중량부에 대해서, 0.001 중량부 내지 1 중량부일 수 있다. As a specific example, the content of the second additive may be 0.001 part by weight to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the second composition.

또한, 상기 제2 조성물은, 상기 제2 조성물 100 중량부에 대해서, Bi는 22.71 내지 74.78 중량부, Sb는 0.99 내지 22.97 중량부, Se는 0.623 내지 16.067 중량부, Te는 18.78 내지 69.02 중량부일 수 있다. Also, the second composition may contain 22.71 to 74.78 parts by weight of Bi, 0.99 to 22.97 parts by weight of Sb, 0.623 to 16.067 parts by weight of Se, and 18.78 to 69.02 parts by weight of Te, based on 100 parts by weight of the second composition. have.

다만, 여기서 a는 1.8, b는 0.2, c는 2.82 및 d는 0.18인 것이 바람직할 수 있다. However, it is preferable that a is 1.8, b is 0.2, c is 2.82, and d is 0.18.

즉, 상기 제2 조성물은, 상기 제2 조성물 100 중량부에 대해서 Bi는 48.565 중량부, Sb는 3.144 중량부, Te는 46.456 중량부 및 Se는 1.835 중량부인 것이 바람직할 수 있다. That is, it is preferable that the second composition contains 48.565 parts by weight of Bi, 3.144 parts by weight of Bi, 46.456 parts by weight of Te, and 1.835 parts by weight of Se based on 100 parts by weight of the second composition.

또한, 제2 첨가제

Figure pat00011
은 제2 조성물의 100 중량부에 대해서 0.095 중량부인 것이 바람직할 수 있다. Further, the second additive
Figure pat00011
May be preferably 0.095 part by weight based on 100 parts by weight of the second composition.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 제공되는 열전 소자 조성물에 대한 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 제공되는 열전 소자 조성물에 대한 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view of a thermoelectric module provided in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged view of a thermoelectric module provided in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

상기 제1 첨가제는 도 2에 도시된 것처럼 입경이 1

Figure pat00012
내지 3
Figure pat00013
일 수 있다. The first additive has a particle size of 1
Figure pat00012
To 3
Figure pat00013
Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 제1 첨가제는 도 3에 도시된 것처럼 입경이 6

Figure pat00014
내지 8
Figure pat00015
일 수 있다. 3, the first additive has a particle diameter of 6
Figure pat00014
To 8
Figure pat00015
Lt; / RTI &gt;

상기 제2 첨가제는 도 2에 도시된 것처럼 입경이 1

Figure pat00016
내지 3
Figure pat00017
일 수 있다. The second additive has a particle diameter of 1
Figure pat00016
To 3
Figure pat00017
Lt; / RTI &gt;

또한, 상기 제2 첨가제는 도 3에 도시된 것처럼 입경이 6

Figure pat00018
내지 8
Figure pat00019
일 수 있다. 3, the second additive has a particle diameter of 6
Figure pat00018
To 8
Figure pat00019
Lt; / RTI &gt;

상기 제1 첨가제의 함량에 따라서 상기 제1 첨가제의 입경을 선택할 수 있다. The particle diameter of the first additive can be selected according to the content of the first additive.

일례로, 상기 제1 첨가제의 함량이 작을 경우에, 상대적으로 입경이 큰 상기 제1 첨가제를 선택할 수 있다. For example, when the content of the first additive is small, the first additive having a relatively large particle size can be selected.

또한, 상기 제1 첨가제의 함량이 많을 경우에, 상대적으로 입경이 작은 상기 제1 첨가제를 선택할 수 있다.In addition, when the content of the first additive is large, the first additive having a relatively small particle size can be selected.

마찬가지로, 상기 제2 첨가제의 함량에 따라서 상기 제2 첨가제의 입경을 선택할 수 있다. Similarly, the particle size of the second additive can be selected according to the content of the second additive.

일례로, 상기 제2 첨가제의 함량이 작을 경우에, 상대적으로 입경이 큰 상기 제2 첨가제를 선택할 수 있다.For example, when the content of the second additive is small, the second additive having a relatively large particle size can be selected.

또한, 상기 제2 첨가제의 함량이 클 경우에, 상대적으로 입경이 작은 상기 제2 첨가제를 선택할 수 있다. Further, when the content of the second additive is large, the second additive having a relatively small particle diameter can be selected.

성능지수가 높은 열전재료를 제작하기 위해서, 상기 제1 첨가제 및 상기 제2 첨가제의 함량은 입경의 크기는 서로 반비례적으로 선택하는 것이 바람직할 수 있다.In order to produce a thermoelectric material having a high performance index, it is preferable that the content of the first additive and the content of the second additive be inversely proportional to each other.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 멜팅 온도에 따른 열전 소자의 성능 지수에 대한 그래프이다. FIG. 4 is a graph illustrating the performance index of the thermoelectric device according to the melting temperature in an embodiment of the present invention. FIG.

존 멜팅(Zone melting)방식에 의해 잉곳을 제작하는 것에 대해서 많은 변수가 있겠으나, 그 중에서도 주요 변수의 하나로는 존 멜팅 온도(melting temperater)일 수 있다.There are many parameters for producing ingots by the zone melting method, but one of the main variables may be the melting tempera- ture.

존 멜팅 온도에 따라서 제작되는 잉곳의 특성이 변하며, 이에 따라 열전 재료의 성능지수도 변할 수 있다. The characteristics of the ingot produced according to the zone melting temperature are changed, and the performance index of the thermoelectric material may be changed accordingly.

도 4를 참조하면, 존 멜팅 온도가 500K에서부터 온도가 상승될수록 열전 성능지수가 점점 올라가다가 존 멜팅 온도가 873K일 때, 가장 높은 열전 성능지수가 관측되었다. Referring to FIG. 4, the highest thermoelectric performance index was observed when the zone melting temperature was 500 K, and when the temperature was increased, the thermoelectric performance index gradually increased and the zone melting temperature was 873 K.

또한, 존 멜팅 온도가 873K보다 커질수록 열전 성능지수가 급격하게 감소되는 것을 관측되었다. Also, it was observed that the thermoelectric performance index sharply decreased as the zone melting temperature became larger than 873K.

따라서, 상술한 열전소자 조성물을 이용하여 열전 재료를 제조할 경우, 존 멜팅 온도가 873K일 때가 바람직할 수 있다. Therefore, when a thermoelectric material is produced using the thermoelectric-element composition described above, it may be preferable that the zone-melting temperature is 873K.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 성장 속도에 따른 열전 소자의 성능 지수에 대한 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a performance index of a thermoelectric device according to a growth rate in an embodiment of the present invention. FIG.

존 멜팅(Zone melting)방식에 의해 잉곳을 제작하는 것에 대해서 많은 변수가 있겠으나, 그 중에서도 주요 변수의 하나로는 성장 속도(Growth rate)일 수 있다.There are many parameters for producing ingots by the zone melting method, but one of the main variables may be the growth rate.

성장 속도에 따라 제작되는 잉곳의 특성이 변하며, 이에 따라 열전 재료의 성능지수도 변할 수 있다. The characteristics of the ingot produced according to the growth rate are changed, and the performance index of the thermoelectric material can be changed accordingly.

도 4를 참조하면, 1mm/h 성장 속도에서 성장 속도를 증가 시킬수록 열전 성능 지수가 점점 상승하는 것으로 관측되었다. 이러한 증가 추세는 성장 속도가 5mm/h인 경우까지 지속될 수 있다. Referring to FIG. 4, it was observed that the thermoelectric performance index gradually increased as the growth rate was increased at a growth rate of 1 mm / h. This increase trend can continue until the growth rate reaches 5mm / h.

다만, 성장 속도가 5mm/h에서 더욱 증가 될 경우에는 열전 성능 지수가 점점 감소하는 것으로 관측되었다. 이러한 감소 추세는 성장 속도가 8 mm/h인 경우까지 지속될 수 있다.However, when the growth rate is further increased at 5 mm / h, it is observed that the thermoelectric performance index decreases gradually. This declining trend can continue until the growth rate reaches 8 mm / h.

그리고, 성장 속도가 8 mm/h에서 더욱 증가될 경우에는 열전 성능 지수가 점점 증가하는 것으로 관측되었다. 이러한 증가 추세는 성장 속도가 15 mm/h인 경우까지 지속될 수 있다. It is observed that the thermoelectric performance index increases gradually when the growth rate is further increased at 8 mm / h. This increase can continue until the growth rate reaches 15 mm / h.

다만, 성장 속도가 15 mm/h에서 더욱 증가될 경우에는 열전 성능 지수가 점점 감소하는 것으로 관측되었다. However, when the growth rate was further increased at 15 mm / h, the thermoelectric performance index was observed to decrease gradually.

따라서, 상술한 열전소자 조성물을 이용하여 열전 재료를 제조할 경우, 성장 속도가 15mm/h일 때가 바람직할 수 있다. Therefore, when a thermoelectric material is produced using the thermoelectric-element composition described above, it is preferable that the growth rate is 15 mm / h.

이러한 실험 데이터를 토대로, 존 멜팅 제조방식의 변수 값을 정할 수 있다. Based on such experimental data, it is possible to determine the variable value of the zone melting manufacturing method.

일례로, 멜팅 온도는 873K일 수 있으며, 존 멜팅 온도도 873K일 수 있으며, 열 소비율은 20K/min일 일 수 있으며, 유지 시간은 2h일 수 있으며, 성장 속도는 15mm/h일 수 있다. For example, the melting temperature may be 873 K, the zone melting temperature may be 873 K, the heat consumption rate may be 20 K / min, the holding time may be 2 h, and the growth rate may be 15 mm / h.

상술한 존 멜팅 방식 및 열전 소자 조성물을 이용하여 열전 소자를 제조할 수 있다. A thermoelectric device can be manufactured using the zone melting method and the thermoelectric conversion composition.

열전 소자 제조 방법은 열전 소자 분말을 준비하는 단계, 상기 열전 소자 분말을 가열부에 투입하는 단계, 상기 가열부를 실링하는 단계, 상기 가열부를 가열하여, 상기 열전 소자 분말을 용융하여 상기 열전 소자 분말을 열전 용융체로 변형하는 단계, 상기 열전 용융체를 존 멜팅 방식으로 가열하여 정제하는 단계, 정제된 상기 열전 용융체를 소정의 결정체를 기준으로 성장시키는 단계;를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a thermoelectric element includes the steps of preparing a thermoelectric element powder, injecting the thermoelectric element powder into a heating part, sealing the heating part, heating the heating part to melt the thermoelectric element powder, Heating the thermoelectric body by heating in the zone melting method, and growing the purified thermoelectric body on the basis of a predetermined crystal.

여기서, 가열부는 내부에 공간을 제공하는 투명한 튜브로 이루어 질 수 있다. Here, the heating portion may be made of a transparent tube providing a space therein.

다만, 이에 한정하지 않고 통상의 기술자에게 자명한 수준에서 다양하게 변형 가능하다. However, the present invention is not limited thereto and can be variously modified at a level that is obvious to a general technician.

멜팅 온도는 열전 소자 분말을 가열부에서 가열 시키는 온도일 수 있다.The melting temperature may be a temperature at which the thermoelectric element powder is heated in the heating section.

즉 다시 말하면, 상기 열전 소자 분말을 열전 용융체로 변하는하는 온도일 수 있다. In other words, it may be a temperature at which the thermoelectric element powder is converted into a thermoelectric melt.

여기서, 멜팅 온도와 존 멜팅 온도는 동일한 것이 바람직할 수 있다.Here, it is preferable that the melting temperature and the zone melting temperature are the same.

만일, 상기 멜팅 온도와 상기 존 멜팅 온도가 상이하다면, 상기 열전 소자 분말을 이루는 여러 물질들간에 결합이 중복되거나 분리될 수 있기 때문이다. If the melting temperature and the zone melting temperature are different, the bonding may be overlapped or separated among various materials constituting the thermoelectric element powder.

여기서, 열전 소자 분말은

Figure pat00020
의 구조를 갖는 제1 화합물 70 중량% 내지 97 중량% 및 제1 첨가제 3% 내지 8%로 이루어질 수 있다. Here, the thermoelectric element powder
Figure pat00020
70% by weight to 97% by weight of the first compound having a structure of 3% to 8% by weight of the first additive.

또한, 상기 제1 화합물은 상기 제1 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 2.14 중량부 내지 44.82 중량부, Sb는 13.23 중량부 내지 70.02 중량부, Se는 0.722 중량부 내지 22.62 중량부, Te는 16.34 중량부 내지 77.22 중량부일 수 있다. The first compound may further contain 2.14 parts by weight to 44.82 parts by weight of Bi, 13.23 parts by weight to 70.02 parts by weight of Sb, 0.722 parts by weight to 22.62 parts by weight of Se, and 16.34 parts by weight of Te, based on 100 parts by weight of the first compound. Parts by weight to 77.22 parts by weight.

또한, 열전 소자 분말은

Figure pat00021
의 구조를 갖는 제2 화합물 91중량% 내지 99 중량% 및 제2 첨가제 1% 내지 5%로 이루어질 수 있다. Further, the thermoelectric element powder
Figure pat00021
91% by weight to 99% by weight of the second compound having a structure of 1% to 5% by weight of the second additive.

또한, 상기 제2 화합물을 상기 제2 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 22.71 내지 74.78 중량부, Sb는 0.99 내지 22.97 중량부, Se는 0.623 내지 16.067 중량부, Te는 18.78 내지 69.02 중량부 일 수 있다. The second compound may be used in an amount of 22.71 to 74.78 parts by weight of Bi, 0.99 to 22.97 parts by weight of Sb, 0.623 to 16.067 parts by weight of Se, and 18.78 to 69.02 parts by weight of Te, based on 100 parts by weight of the second compound. have.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 명확하게 표현하기 위해, 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없거나 떨어지는 구성에 대해서는 간략하게 표현하거나 생략하였다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be apparent to those skilled in the art that changes or modifications may fall within the scope of the appended claims.


10 : 상부 절연부 20 : 하부 절연부
30 : 상부 전극부 40 : 하부 전극부

10: upper insulating portion 20: lower insulating portion
30: upper electrode part 40: lower electrode part

Claims (5)

열전 소자 분말을 준비하는 단계;
상기 열전 소자 분말을 가열부에 투입하는 단계;
상기 가열부를 실링하는 단계;
상기 가열부를 가열하여, 상기 열전 소자 분말을 용융하여 상기 열전 소자 분말을 열전 용융체로 변형하는 단계;
상기 열전 용융체를 존 멜팅 방식으로 가열하여 정제하는 단계;
정제된 상기 열전 용융체를 소정의 결정체를 기준으로 성장시키는 단계;를 포함하는 열전 소자 제조 방법.
Preparing a thermoelectric element powder;
Injecting the thermoelectric element powder into a heating unit;
Sealing the heating unit;
Heating the heating unit to melt the thermoelectric element powder to transform the thermoelectric element powder into a thermoelectric body;
Heating the thermoelectric melt by a zone melting method;
And growing the purified thermo-melt on the basis of a predetermined crystal.
제1항에 있어서,
열전 소자 분말은,
하기 화학식1의 구조를 갖는 제1 화합물인 Bi-Sb-Te-Se계 70 중량% 내지 97 중량% 및 제1 첨가제 3% 내지 8%로 이루어지며,
상기 제1 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 2.14 중량부 내지 44.82 중량부, Sb는 13.23 중량부 내지 70.02 중량부, Se는 0.722 중량부 내지 22.62 중량부, Te는 16.34 중량부 내지 77.22 중량부인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법.
<화학식 1>
Figure pat00022

The method according to claim 1,
In the thermoelectric element powder,
70 to 97% by weight of a first compound having a structure represented by the following formula (1), Bi-Sb-Te-Se, and 3 to 8%
Bi is from 2.14 parts by weight to 44.82 parts by weight, Sb is from 13.23 parts by weight to 70.02 parts by weight, Se is from 0.722 parts by weight to 22.62 parts by weight, and Te is from 16.34 parts by weight to 77.22 parts by weight based on 100 parts by weight of the first compound Wherein the thermoelectric element is a thermoelectric element.
&Lt; Formula 1 >
Figure pat00022

제1항에 있어서,
열전 소자 분말은,
하기 화학식2의 구조를 갖는 제2 화합물인 Bi-Sb-Te-Se계 91중량% 내지 99 중량% 및 제2 첨가제 1% 내지 5%로 이루어지며,
상기 제2 화합물 100중량부에 대해서, Bi는 22.71 내지 74.78 중량부, Sb는 0.99 내지 22.97 중량부, Se는 0.623 내지 16.067 중량부, Te는 18.78 내지 69.02 중량부 인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법.
<화학식 2>
Figure pat00023

The method according to claim 1,
In the thermoelectric element powder,
91% by weight to 99% by weight of Bi-Sb-Te-Se based on a second compound having a structure represented by the following formula (2) and 1% to 5%
Wherein the Bi is 22.71 to 74.78 parts by weight, Sb is 0.99 to 22.97 parts by weight, Se is from 0.623 to 16.067 parts by weight, and Te is from 18.78 to 69.02 parts by weight based on 100 parts by weight of the second compound. .
(2)
Figure pat00023

제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 존 멜팅 방식으로 가열하는 온도는 873K인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the temperature for heating by the zone melting method is 873K.
제4항에 있어서,
정제된 상기 열전 용융체를 소정의 결정체를 기준으로 성장시키는 속도는 15mm/h인 것을 특징으로 하는 열전 소자 제조 방법.

5. The method of claim 4,
Wherein the rate of growth of the purified thermo-melt on the basis of a predetermined crystal is 15 mm / h.

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