In this thesis, a new process for fabricating a low-cost thermoelectric power generator using a screen printing method has been developed. ZnSb and CoSb3 thick films are formed successfully by screen printing technique and the thermoelectric properties were similar to that of the previous reported bulk materials. A thermoelectric power generator was produced using the proposed screen printing approach with ZnSb and CoSb3 as p-type and n-type thermoelectric materials, respectively, and copper as the pad metal. The maximum output power of the device is 1.66 x 10-3 W/cm2 at ??T=70K. The approach presented in this thesis shows good feasibility for producing low-cost thermoelectric power generator, which are at-tractive for renewable, green energy applications.
In second work, a new method that allows us to evaluate the thermal conductivity of conductive material that has micron thickness was proposed. The key feature of proposed method is to use a complete thermoelectric device with electrodes and substrate while the conventional methods measure the temperature gradient of thermoelectric materials directly without electrodes. The measured thermal conductivity of the ZnSb film is 1.2-2.2 W/mK. The measurement shows that the thermoelectric film prepared by a screen printing technique has lower thermal conductivity than the bulk material (2.2-2.4 W/mK) because the screen printing technique generates high porosity in the film. The measured lower thermal conduc-tivity of the porous film than bulk material verifies the reliability of the proposed measurement method.
본 학위논문에서는, 스크린프린팅 공정기법을 이용한 새로운 저비용 열전 발전소자를 제작하였다. 스크린프린팅 공정기법을 이용하여 ZnSb와 CoSb3 후막이 성공적으로 형성되었으며 그 열전특성은 기존에 보고된 벌크형 소재와 유사했다. ZnSb, CoSb3를 p형과 n형 열전물질로 사용하고 Cu를 금속전극으로 사용하여 열전 발전소자를 제작하였다. 제작된 열전 발전소자의 출력 전력은 온도차 ??T=70K 에서, 1.66 x 10-3 W/cm2 이었다. 본 연구 접근방법은 재생에너지를 위한 저비용 열전 발전소자를 생산할 수 있는 높은 가능성을 보인 결과라 할 수 있다.
두번째 연구에서는, 마이크로미터 두께를 가지는 전도성 물질의 열전도도를 측정하기 위한 새로운 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 기존의 방식이 얇은 열전물질 양단의 온도차를 통해서 열전도도를 측정하는 것과는 달리 금속전극과 기판을 포함한 완성된 하나의 소자로부터 열전도도를 추출하는 방식이다. 이를 통해서 열전도도를 추출하는 과정에서 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있다. 이를 스크린프린팅 공정기법을 이용하여 ZnSb 물질을 가지고 실험을 진행하였다. 추출된 스크린프린팅 ZnSb 후막의 열전도도는 1.2-2.2 W/mK 이었다. 이러한 측정결과는 기존의 ZnSb 벌크 소재의 열전도도(2.2-2.4 W/mK)보다 낮은 결과로서 이는 스크린프린팅 막의 높은 다공성 특성 때문이다. 벌크 소재와 비교했을 때 낮게 측정된 이러한 열전도도 값은 제안된 측정방법이 어느정도 신뢰성이 있다는 것을 증명하는 것이다.
