[发明专利]柔性热电元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种柔性热电元件及其制造方法。该柔性热电元件包括：热电材料柱阵列，其包括彼此间隔排列的一个或多个N型热电材料和P型热电材料；电极，其电连接热电材料柱阵列中的热电材料；以及泡沫，其用于至少填充热电材料柱阵列中的空隙。

技术领域

本发明涉及一种柔性热电元件及其制造方法，更具体地，涉及一种不仅具有高柔性和机械稳定性、内部组件之间的高粘合强度，而且通过具有显著低的热传导率的中间填充物而还具有非常优异的热-电转换效率的柔性热电元件及其制造方法。

背景技术

热电效应是其中热能和电能通过交互而彼此直接转换的效应，并且是用于ThomasJohann Seebeck所发现的塞贝克效应以及Jean Charles Peltier所发现的珀尔帖效应的总称。展现这种热电效应的器件称为热电器件。

热电器件包括使用塞贝克效应将热能转换为电能的热电发电器件和使用帕尔帖效应将电能转换为热能的冷却器件等。热电器件是最佳地满足节能需求的材料和技术。它广泛地用在例如汽车工业、航空工业、半导体工业、生物技术工业、光学工业、计算机工业、发电工业和家用电器工业等的领域中，并且研究机构和大学正致力于提高热效率。

通常，通过以下来制造热电器件(热电元件)：在陶瓷下基板(例如氧化铝(Al₂O₃))上形成第二电极；在第二电极的表面上形成由N型和P型半导体制成的热电材料；以及通过第一电极串行连接N型热电材料和P型热电材料。然而，该热电器件要么是级联型热电器件，要么是分段型热电器件，因此难以改变热电器件的形状，而且使用没有柔性特性的由氧化铝(Al₂O₃)或氮化铝(AIN)制成的陶瓷基板或用非导体薄膜涂布的金属基板，使得难以将热电器件应用于需要柔性的领域。

此外，基板的重量是重的，因此热电器件不适于需要重量减轻的体育健身领域、汽车领域和航空领域等的领域，并且P型和N型热电材料形成为团块形状以具有1mm至几十毫米的范围内的长度后接合成电串联来制备基板，但由于上下基板使热损耗较大。

此外，韩国授权专利号10-1646366公开了一种热电模块结构，其中打孔有机硅，并且将P型颗粒和N型颗粒嵌入到打孔部分中以提高抵抗振动的耐久性。然而，在此情况下，由于有机硅位于电极与热电材料之间因而使得热传导率增加，因此难以保证热电器件的两端之间的温度差；并且还存在这样的致命问题：产生从热电材料朝向有机硅移动的热损耗，因此热电器件的性能降级；虽然尝试通过在有机硅处提供凹槽来保证弯曲部分的柔性，但由于作为无机材料的有机硅的特性，存在热电器件的总体柔性降级的缺点。

同时，本发明的申请人在韩国授权专利号10-1493797中已经提出：基板并非位于热电器件的上部和/或下部上，并且非导电柔性网丝以穿过热电材料柱阵列的方式被支撑，使得可以同时保证机械稳定性和柔性。

所提出的热电器件具有高发电和高柔性的特性，但由于聚合物材料填充在热电器件的N型热电材料与P型热电材料之间的空间中以保证机械稳定性，电极与热电材料之间的热传导率增加，因此产生热损耗，使得存在热-电转换效率稍微降级的问题。

因此，迫切需要开发一种通过显著降低热传导率而具有高热-电转换效率的同时保证高柔性和高机械稳定性的柔性热电元件。

发明内容

[技术问题]

本发明旨在解决上述问题，其目的在于提供一种柔性热电元件及其制造方法，该柔性热电元件不仅具有高柔性、机械稳定性以及内部组件之间的高粘接强度，而且通过使用具有显著低的热传导率的中间填充材料而还具有非常高的热-电转换效率。

[技术方案]