In recent years, thermoelectric generation has attracted the attention for abundant waste heat recovery system. In developing an intermediate temperature thermoelectric module with high conversion efficiency of over 10 %, the interface bonding between thermoelectric materials and electrodes is one of the most important technological issues. One of the major issues for intermediate temperature application is to make contact between the thermoelectric materials and metal electrodes with low specific contact resistance. The measurement technology to evaluate this joint interface is mandatory to perform a research on the high performance bonding process. In order to measure specific contact resistance accurately, a direct contact resistance measurement apparatus is designed and investigated in this work. Two different configurations of resistance measurements are comparatively implemented in one apparatus, one is the manual mode and the other is auto scanning mode. Their validity for reproducible and accurate contact resistance measurements is also studied in details with various preliminary thermoelectric legs including SnSe and oxide-based materials. Three different kinds of input (DC, Delta, Pulse) currents are utilized and their thermoelectric contact resistance evaluation results are compared. Especially in direct current measurement, the unique thermoelectric characteristics of Peltier effect are monitored and their effects. In addition, the reliability and consistence of contact resistance measurements are investigated under various measurement conditions.
중온 열전발전은 2000년대 이후로 열전소재 효율의 급격한 발전과 버려지는 방대한 폐열자원의 회수요구에 맞추어 급격한 연구 개발이 진행되고 있는 분야이다. 특히, 수송 분야에서 사용되는 에너지의 40%가 폐열로 버려지게 되는데 이 폐열을 회수하여 연료의 효율을 높이고 이산화탄소 발생을 줄이기 위해 중온열전발전 모듈의 개발이 요구되고 있다. 중온 열전발전 모듈 개발을 위해서는 열전소재와 금속전극의 접합의 품질이 아주 중요하게 요구된다. 중온 열전발전 모듈은 비교적 높은 온도에서 동작하기 때문에 이 접합이 쉽지 않으며 접합의 품질을 확인하기 위해서는 접합의 정량적인 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 중온 열전모듈에서의 열전소재와 금속전극 접합의 품질의 정량적인 분석을 위해 접촉저항(Specific Contact Resistance)를 측정하는 장비를 디자인하고 제작하였으며, 접촉저항을 직접 측정, 분석하기 위한 측정용 샘플을 중온 열전소재인 SnSe를 이용하여 제작하였다. 기본적인 샘플에 가해지는 압력, 샘플 표면의 상태에 따른 접촉저항 측정 변화 등을 분석해 보았으며, 수동으로 측정하는 방식과 자동으로 직접 스캐닝하는 방식의 측정형태를 고안하여 비교, 분석하여 자동으로 스캐닝하는 방식의 정확성과 신속성을 확인하였다. 또한 여러 가지 전류 조건 하에서의 접촉저항 측정을 비교해 보았으며 본 장비에서의 전류에 따른 저항 측정은 크게 차이가 없는 것으로 확인되었다. 본 연구를 통하여 중온 열전발전 모듈 개발을 위한 직접 접촉저항 측정 장비의 최적의 측정방법을 확인하였고, 추후 고효율의 모듈개발에 있어서 정확하고 반복성 있는 접촉저항을 측정함으로써 정량적인 접촉저항 분석에 기여할 수 있는 것을 입증하였다.
