Thermoelectric (TE) power generation, one of the energy harvesting technologies, has been studied in many fields in recent years. Among them, flexible thermoelectric power generators (f-TEGs) have attracted significant attention because they can form a new application field by increasing design freedom for various types of heat sources. Although inorganic TE materials and f-TEGs are being studied in each field, TE properties and reproducibility of fabricated devices are not guaranteed for applications in real life. This Ph.D. dissertation proposes multiple methods to improve the reproducibility of f-TEGs and their output characteristics. In order to improve the performance of screen printing-based f-TEGs, it contains studies based on four different strategies from process to material. First, we introduce a study to unify and optimize the crystallization process of materials to improve the reproducibility of material properties. In addition, a technique for stably forming a TE electrode layer by introducing an ultraviolet assisted curing system and controlling the orientation of the TE material will be introduced. Finally, we will discuss how to maximize the characteristics of the thermoelectric material through grain interface control technology.
에너지 하베스팅 기술 중 하나인 열전 발전은 최근 많은 분야에서 연구되고 있다. 이 중 유연 열전 소자는 각종 형태의 열원에 대해 디자인 자유도를 높여 새로운 시스템 및 응용 분야를 형성할 수 있다는 점에서 각광 받고있다. 소자의 고효율화를 위한 무기 열전 소재 및 이를 기반으로 한 유연 열전 소자들이 연구되고 있으나 실제로 소자가 응용되기 위해 갖춰야 할 열전 특성과 이의 재현성이 보장되지 않고 있다. 본 학위 논문에서는 유연 열전 발전 소자의 재현성을 개선하고 이의 출력 특성을 고성능화하기위한 방안들을 제시한다. 스크린 프린팅 기반 유연 열전 발전 소자의 성능 개선을 위해 공정에서 소재에 이르기까지 총 4가지 전략을 바탕으로 진행된 연구들을 소개한다. 첫 번째로 소재의 특성 재현성 개선을 위해 소재의 제어 공정을 단일화하고 최적화하기 위한 연구를 소개한다. 또한 자외선 경화 시스템을 통해 열전 전극 층을 안정적으로 형성하고, 열전 소재의 배향성을 제어하는 기술에 대해 소개한다. 마지막으로 열전 소재의 결정립 계면 제어 기술을 통한 특성 극대화 방안에 대해 다룬다.
