• 전자통신동향분석
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• 제27권1호
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• pp.31-37
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• 2012

최근 들어 나노기술의 발전에 힘입어 청정 에너지를 구현할 수 있는 열전소자 분야의 연구가 활발히 진행되고 있다. 열전소자는 태양에너지를 이용한 발전뿐만 아니라, 체열, 폐열 및 지열 등을 이용한 발전 등 응용처가 매우 다양하며, 청정 에너지를 생산할 수 있는 미래 지향적인 특성을 가진 분야라 할 수 있다. 그러나 아직까지 나노기술을 기반으로 한 고효율의 열전소자는 기초 연구수준에서 그 가능성만 일부 선행 연구를 통하여 입증된 상태이다. 본고에서는 최근 들어 나노기술의 접목으로 새로이 주목 받고 있는 열전소자의 동작 원리에 대한 간략한 소개와 특히, 실리콘을 이용한 나노기술의 접목을 통한 열전소자의 최근 연구동향에 대하여 살펴보고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2008년도 제39회 하계학술대회
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• pp.1160-1161
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• 2008

본 연구에서는 열전발전소자(TEM)의 수량에 따른 발전특성에 대해서 논하고자한다. 열전발전소자 1개를 이용한 열전발전시스템의 발생전력량은 2.4[W]이고, 열전발전소자 4개를 이용한 열전발전시스템의 발생전력량은 6.5[W]이다. 또한 Heating system과 Cooling system의 구조적 연구를 통하여 열전발전량에 영향을 미치는 요인을 분석하고자 한다.

• 전자통신동향분석
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• 제23권6호
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• pp.12-21
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• 2008

최근 들어 나노기술의 발전에 힘입어 청정에너지를 구현할 수 있는 열전소자분야의 연구가 활발히 진행되고 있다. 열전소자는 태양에너지를 이용한 발전뿐만 아니라 체열, 폐열 및 지열 등을 이용한 발전 등 응용처가 매우 다양하며, 청정에너지를 생산할 수 있는 미래 지향적인 특성을 가진 분야라 할 수 있다. 그러나 아직까지 나노기술을 기반으로한 고효율의 열전소자는 기초 연구수준에서 그 가능성만 일부 선행 연구를 통하여 입증된 상태이다. 따라서 저비용, 고효율의 열전소자를 성공적으로 개발하게 된다면, 기술의 원천성 확보 및 초기 시장 점유에 매우 유리한 입지를 점할 수 있으리라 예측된다. 본 논문에서는 최근 들어 나노기술의 접목으로 새로이 주목받고 있는 열전소자의 동작 원리에 대한 간략한 소개와 이 분야의 최근 연구 동향 및 특허 동향에 대하여 살펴보고자 한다.

• 전기의세계
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• 제26권3호
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• pp.31-36
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• 1977

본고에서는 다음의 내용을 다루었다. 1. 주요 열전현상 2. 열전발전 원리 3. 열전발전기 4. 열전발전소자

• 전자통신동향분석
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• 제28권5호
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• pp.93-99
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• 2013

열전소자는 태양에너지를 이용한 발전뿐만 아니라, 체열, 차량 폐열 및 지열 등의 다양한 폐열을 이용한 발전 등으로 매우 다양하게 활용되고 있다. 하지만 상온부근에서 널리 사용되는 $Bi_2Te_3$의 재료 희귀성으로 인하여 산업화 기술로써의 활용에 어려운 측면이 있다. 이러한 이유로, 최근에는 $Bi_2Te_3$를 대체할 수 있는 새로운 열전재료를 전세계적으로 활발히 연구하고 있다. 본고에서는 최근 들어 나노기술 접목으로 새로이 주목받고 있는 열전소자의 동작 원리에 대한 간략한 소개와 특히, 실리콘을 이용한 나노기술의 접목을 통한 열전소자의 최근 연구 동향에 대하여 살펴보고자 한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.104.1-104.1
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• 2018

열전소자는 열전현상을 이용한 재료로서 여기서 열전현상이란 열을 전기로 또는 전기를 열로 바꿀 수 있는 에너지 변환 현상을 의미한다. 그 중 Bi-Te계 열전소자는 $200^{\circ}C$이하의 온도에서 열전 효율이 우수하기 때문에 항공, 컴퓨터 등의 열전발전 또는 열전냉각 모듈에 널리 사용된다. 열전 모듈 제작시 Bi-Te 소자는 구리 기판에 접합하여 사용하게 되는데 이 때 솔더의 성분인 Sn과 기판의 Cu는 소자내로 확산하여 금속간 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 금속간 화합물은 접합강도를 저하시키는 원인뿐만 아니라 열전 성능을 저하시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 접합강도와 열전성능의 저하를 막기 위해 BiTe 소자의 표면에 $4{\mu}m$두께의 Ni-P 도금 공정을 추가하여 Ni-P 도금층이 Cu와 Sn의 확산을 막는 방지층 역할을 하게 한다. 그리고 도금한 소자를 $3mm{\times}3mm{\times}3mm$로 커팅하여 구리 기판에 접합하여 열전 모듈을 제작하였다. 제작된 열전모듈의 단면을 EPMA분석한 결과 Ni-P 도금층이 확산방지층으로 잘 작용되었음을 확인하였다. 또한 접합강도 측정결과 도금을 하지 않은 Bi-Te소자에 비해 접합강도가 향상되었음을 확인하였다. 따라서 Ni-P도금을 실시함으로서 금속간 화합물 형성을 억제하고 열전모듈의 성능과 접합강도를 향상시킬 수 있었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.93.2-93.2
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• 2018

최근 기후 변화 문제로 $CO_2$배출량 억제 정책에 따라 열전재료가 다양한 분야에 크게 주목 받고 있다. 열전 모듈은 전류를 흘려 온도차를 발생시키는 펠티어 효과와 온도차를 전력으로 변환하는 제백 효과를 이용한다. 열전발전용에 적용되는 상용 열전모듈의 경우, 열전소자의 접합부의 수는 수십 개 이상이다. 따라서 단 한 개의 접합 불량 열전소자가 모듈 전체의 열전성능에 큰 영향을 미친다. 현재 상용화 된 Bi-Te계 열전 모듈은 Bi-Te의 Te와 Sn계 솔더의 주성분인 Sn이 $250^{\circ}C$ 부근에서 취성의 Sn-Te계 금속 화합물을 형성한다고 알려져 있다. 이 때 생성된 Sn-Te 화합물은 열전모듈의 접합강도를 약화시키고 이로 인해 열전모듈의 접합 신뢰성을 크게 저하 시킬 수 있다. 이를 해결하기 위해 솔더와 소자 사이에 확산방지층이 적용되고 있으며, 이 중에서 니켈합금이 가장 널리 적용되고 있다. 니켈층을 형성시키는 방법 중에서, 무전해 도금법은 간단하게 열전소자 표면 위에 도금 층을 균일한 두께로 만들어 낼 수 있다. 하지만, 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 화학적 결함이 존재하지 않기 때문에, 무전해 니켈 도금층의 밀착성이 떨어진다. 이 때. 소자 표면에 거칠기 효과(anchor effect)를 부여하기 위해 물리적 샌딩법을 사용하는데 이 방법의 경우 소자에 크랙 같은 손상을 미쳐 열전모듈의 신뢰성 저하를 가져온다. 그러므로 거칠기 효과를 부여하면서 소자에 손상을 최소화하는 습식 식각법을 개발하여 Bi-Te계 열전소자의 표면 조도를 조절하고 무전해 Ni-P 도금을 실시하였다. 그리고 열처리 유무에 따른 열전모듈의 접합강도를 측정하였으며, 제작한 열전 모듈의 접합부 및 파단부의 계면 분석하여 무전해 Ni-P도금을 위한 습식식각법(wet etching법)에 대하여 검토하였다. N-type은 질산과 구연산의 혼합수용액에, P-type은 왕수에 습식 식각처리를 해서 적당히 표면 조도를 조절한 후에 EPMA로 분석을 해본 결과 니켈 도금층과 Bi-Te 소자 간에 anchor effect가 부여 된 것을 확인했다. 습식 식각에 의해서 제조된 열전모듈의 접합강도는 종래의 알루미나 샌딩법으로 제조한 열전모듈 보다 높은 접합강도를 나타내었다.

• 전기전자학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.716-720
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• 2021

본 연구에서는 태양광소자와 열전소자로 이루어진 에너지 융합 발전소자에 쿨링패치를 적용하고 에너지 융합 발전소자의 성능을 조사하였다. 쿨링패치를 열전소자의 뒷면에 부착하였을 때, 에너지 융합 발전소자의 상층에 위치한 태양광소자의 온도가 저하되고 열전소자 양단의 온도차는 증가되었다. 태양광 복사 조도를 200 W/m²부터 1000 W/m²까지 증가시키면서 에너지 융합 발전소자의 성능을 측정해본 결과, 쿨링패치는 태양광의 조도가 증가할수록 에너지 융합 발전소자의 성능 향상에 효과적이었고 1000 W/m²에서는 42.1 mW까지 융합소자의 최대 출력 전력이 증가하였다. 본 연구에서는 쿨링패치를 에너지 융합 발전소자에 부착함으로써 에너지 융합 발전소자의 출력 전력이 27% 이상으로 증가하는 것을 확인하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
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• pp.371-372
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• 2020

최근 차량에 적용 가능한 에너지 하베스팅 연구가 활발히 이루어지고 있다. 차량 폐열을 활용하는 열전 소자의 경우 급격한 온도 변화 특성이 있는 내연기관, 배기관 등의 전장 부품에 적용될 수 있다. 이러한 전장 부품에서 가능한 많은 열에너지를 회수하기 위해 빠르고, 정확한 최대 발전전력 추종 기법이 필수적이다. 본 논문은 이러한 열전 소자 발전의 차량 적용을 위한 최대 전력 추종 기법을 살펴보고 비교 조사 분석한다.

• 융합정보논문지
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• 제12권3호
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• pp.294-301
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• 2022

본 연구에서는 열전발전기에 장착된 열전소자 간의 불균일한 온도편차에 의해 발생하는 부정합 손실을 저감할 수 있는 Multi-layer Cascade (MLC) 전기연결 방법을 제안한다. MLC의 성능을 검증하기 위해 열유동 현상 뿐만 아니라 열전소자에서 발생하는 다중물리현상을 반영한 수치해석 모델을 개발하였다. MLC는 고온도차를 경험하는 소자와 저온도차를 경험하는 소자를 서로 다른 Layer에 배치하여 구현할 수 있으며, 고온도차 소자와 저온도차 소자의 분류에는 수치해석 모델을 통해 얻어진 소자별 고온부 표면 온도를 활용하였다. MLC를 구성하는 각 Layer의 전기분선 비율을 변화시키며 이상적인 열전발전 성능과의 비교를 통해 MLC의 부정합손실 저감특성을 확인하였다. 최적 분선비율로 구성한 MLC의 경우 이상적인 결과 대비 96.5%의 발전성능을 보였으며, 열원의 유량이 적거나 발전시스템의 크기가 증가하여 소자 간의 온도편차가 클수록 부정합손실 저감효과가 더욱 증가하는 것을 확인하였다.