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KR102088009B1 - Thermoelectric composite material and preparation method thereof - Google Patents

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KR102088009B1
KR102088009B1 KR1020160179910A KR20160179910A KR102088009B1 KR 102088009 B1 KR102088009 B1 KR 102088009B1 KR 1020160179910 A KR1020160179910 A KR 1020160179910A KR 20160179910 A KR20160179910 A KR 20160179910A KR 102088009 B1 KR102088009 B1 KR 102088009B1
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Abstract

본 발명은 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 열화, 산화 또는 승화 등에 의한 소재의 손실이나 특성 저하를 억제하여, 상기 열전 변환 소재의 우수한 열전 특성을 담보할 수 있는 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 열전 변환 복합재는 Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재; 상기 무기 열전 변환 소재 표면의 적어도 일부에 형성되어 있고, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 유리층(glass layer)을 포함하고, 상기 유리층은 250℃ 내지 300℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 300℃ 내지 400℃의 연화점(Ts)을 갖는 것이다. The present invention provides a thermoelectric conversion composite material and a method for manufacturing the same, which can guarantee excellent thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material by suppressing material loss or property degradation due to deterioration, oxidation, or sublimation of a thermoelectric conversion material including Te or Se. It is about. The thermoelectric conversion composite material includes an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se; A glass layer formed on at least a portion of the surface of the inorganic thermoelectric conversion material, the glass layer including tellurium oxide (TeOx), the glass layer having a glass transition temperature (Tg) of 300 ° C to 300 ° C and 300 ° C. It has a softening point (Ts) of C-400 degreeC.

Description

열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법{THERMOELECTRIC COMPOSITE MATERIAL AND PREPARATION METHOD THEREOF}Thermoelectric conversion composite and its manufacturing method {THERMOELECTRIC COMPOSITE MATERIAL AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 열화, 산화 또는 승화 등에 의한 소재의 손실이나 특성 저하를 억제하여, 상기 열전 변환 소재의 우수한 열전 특성을 담보할 수 있는 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a thermoelectric conversion composite material and a method for manufacturing the same, which can guarantee excellent thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material by suppressing material loss or property degradation due to deterioration, oxidation, or sublimation of a thermoelectric conversion material including Te or Se. It is about.

최근 자원 고갈 및 연소에 의한 환경 문제로 인해, 대체에너지 중 하나로 폐열을 이용한 열전 변환 재료에 대한 연구가 가속화되고 있다.Recently, due to resource depletion and environmental problems caused by combustion, research on thermoelectric conversion materials using waste heat as one of alternative energy is being accelerated.

이러한 열전 변환 재료의 에너지 변환 효율은 열전재료의 성능 지수 값인 ZT에 의존한다. 여기서, ZT는 제벡(Seebeck) 계수, 전기 전도도 및 열 전도도 등에 따라 결정되는데, 보다 구체적으로는 제벡 계수의 제곱 및 전기 전도도에 비례하며, 열 전도도에 반비례한다. 따라서, 열전 변환 소자의 에너지 변환 효율을 높이기 위하여, 제벡 계수 또는 전기 전도도가 높거나 열 전도도가 낮은 열전 변환 재료의 개발이 필요하다.The energy conversion efficiency of such thermoelectric conversion material depends on ZT, which is a figure of merit of a thermoelectric material. Here, ZT is determined according to Seebeck coefficient, electrical conductivity and thermal conductivity, and more specifically, is proportional to the square of the Seebeck coefficient and electrical conductivity and inversely proportional to the thermal conductivity. Therefore, in order to increase the energy conversion efficiency of the thermoelectric conversion element, it is necessary to develop a thermoelectric conversion material having high Seebeck coefficient or high electrical conductivity or low thermal conductivity.

한편, 열전 변환 재료는 구체적인 소재의 종류별로 기전력 및 에너지 변환 효율을 주로 나타내는 온도 범위가 서로 다르게 된다. 예를 들어, 최근 들에 많이 적용되고 있는 비스무스텔룰라이드(BiTe)계 열전 변환 재료의 경우, 상온에서 최대 300℃까지의 온도에서 우수한 열전 변환 특성(에너지 변환 효율)을 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한, 이러한 열전 변환 재료를 포함한 열전 모듈은 양단의 온도차가 클수록 높은 출력을 나타내기 때문에, 상기 비스무스텔룰라이드(BiTe)계 열전 변환 재료를 포함한 열전 모듈의 경우, 일 단이 300℃에 근접한 온도를 갖게 되고, 타 단은 가능한 상온에 근접하는 낮은 온도를 갖게 됨이 높은 출력의 측면에서 바람직하다. On the other hand, the thermoelectric conversion material has a different temperature range mainly representing electromotive force and energy conversion efficiency for each type of specific material. For example, it is known that bismuthelulide (BiTe) -based thermoelectric conversion materials, which are widely applied in recent years, exhibit excellent thermoelectric conversion characteristics (energy conversion efficiency) at temperatures up to 300 ° C from normal temperature. In addition, since the thermoelectric module including the thermoelectric conversion material exhibits a higher output as the temperature difference between both ends is larger, the thermoelectric module including the bismuthulelide (BiTe) -based thermoelectric conversion material has a temperature close to 300 ° C at one end. It is desirable to have a low temperature as close to room temperature as possible, and the other end is preferable in view of high output.

그러나, 상기 비스무스텔룰라이드(BiTe)계 열전 변환 재료 등 주된 원소로 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 경우, 250℃ 이상의 온도 범위에서 Te/Se계 성분의 휘발 또는 승화 등으로 이해 열전 변환 특성을 저하가 나타남이 확인되었다. 또한, 산소 존재 하의 환경에서, 이러한 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재가 200℃ 이상의 온도에 노출되는 경우, 상기 열전 변환 소재의 표면 산화나 열화 등이 발생하여, 열전 변환 소재의 부식 및 열전 변환 특성의 저하가 나타남이 확인되었다.However, in the case of a thermoelectric conversion material including Te or Se as a main element such as the bismuthlidelide (BiTe) thermoelectric conversion material, the thermoelectric conversion characteristics may be understood by volatilization or sublimation of Te / Se-based components in a temperature range of 250 ° C. or higher. It was confirmed that the degradation appears. In the presence of oxygen, when the thermoelectric conversion material containing Te or Se is exposed to a temperature of 200 ° C. or higher, surface oxidation or deterioration of the thermoelectric conversion material occurs, and corrosion and thermoelectric conversion of the thermoelectric conversion material occur. It was confirmed that the deterioration of the properties appeared.

이 때문에, 상기 비스무스텔룰라이드(BiTe)계 열전 변환 재료를 포함한 열전 모듈을 300℃에 근접한 온도에서 활용할 경우, 최종 출력이 크게 향상되는 잇점이 있기는 하지만, 이러한 온도에서의 활용시 열전 변환 소재의 휘발/승화 또는 산화 등으로 인해, 열전모듈의 출력이 감소하고 수명이 저하되는 문제점이 발생하였다. For this reason, when the thermoelectric module including the bismuthyllidene (BiTe) -based thermoelectric conversion material is utilized at a temperature close to 300 ° C., the final output may be greatly improved. Due to volatilization / sublimation or oxidation, there is a problem in that the output of the thermoelectric module is reduced and the life is decreased.

참고로, 이하의 표 1에서는 열전모듈의 활용 온도별로 열전 변환 소재가 모듈 내부에서 어느 정도의 고온을 겪게 되는지, 그리고, 모듈의 초기 사용시 대비, 50 시간 산화 분위기 또는 100 시간 승화 분위기 하에 노출되어 사용된 후에 출력 밀도가 어느 정도 저하되는지에 대한 시뮬레이션 결과를 정리하여 나타내었다. For reference, Table 1 below shows how high temperature the thermoelectric conversion material is subjected to inside the module for each application temperature of the thermoelectric module, and is exposed to a 50-hour oxidizing atmosphere or a 100-hour sublimation atmosphere compared to the initial use of the module. After the simulation, the simulation results on how much the output density is reduced are shown.

활용
온도
uses
Temperature
모듈module 200℃200 250℃250 ℃ 300℃300 350℃350 ℃ 400℃400 ℃
소재가 겪는 온도The temperature experienced by the material 170℃170 ℃ 210℃210 250℃250 ℃ 287℃287 ℃ 323℃323 ℃ 출력
밀도
Print
density
초기Early 0.65
현재, 0%
0.65
Current, 0%
0.95
46%↑
0.95
46% ↑
1.23
89%↑
1.23
89% ↑
1.46
124%↑
1.46
124% ↑
1.62
149%↑
1.62
149% ↑
미보호
열화율
Unprotected
Deterioration rate
>-0.1%> -0.1% -2.7%
(50hr산화분위기)
-2.7%
(50hr oxidation atmosphere)
-4.9%
(50hr산화분위기)
-4.9%
(50hr oxidation atmosphere)
-6.8%
(100hr승화분위기)
-6.8%
(100hr sublimation atmosphere)
-8.5%
(100hr승화분위기)
-8.5%
(100hr sublimation atmosphere)
온도별 issueIssue by temperature 출력부족Lack of output 약산화Weak oxidation 강산화
약승화
Strong oxidation
Sublimation
접합한계
산화/승화
Junction limit
Oxidation / Sublimation
강승화
소재변형
Kang Seung-hwa
Material deformation

상기 표 1을 참고하면, 모듈 활용 온도가 300℃ 이상으로 되면, 열전 모듈의 출력은 크게 향상될 수 있으나, 열전 변환 소재가 200℃ 이상의 온도에 노출되어 산화 또는 승화 등에 의해, 활용 시간에 따라 열전모듈의 출력이 크게 감소하고 그 수명이 감소됨이 확인되었다. Referring to Table 1, when the module utilization temperature is 300 ℃ or more, the output of the thermoelectric module can be greatly improved, the thermoelectric conversion material is exposed to a temperature of 200 ℃ or more by oxidation or sublimation, such as thermoelectric according to the utilization time It has been found that the output of the module is greatly reduced and its life is reduced.

이에 이전에는 상기 열전 변환 소재에 금속층, 금속 산화물층, 고분자층, 플라스틱층 또는 에어로졸 등을 추가 도입하여, 열전 변환 소재의 산화, 열화 또는 승화 등을 억제하는 방법이 고려된 바 있으나, 기존에 고려된 방법은 이러한 산화, 열화 또는 승화에 의한 열전 변환 특성의 저하를 충분히 억제하지 못하거나, 열전 모듈의 형성 공정이 복잡해 지는 등의 단점이 존재하였다. Previously, a method of suppressing oxidation, deterioration, or sublimation of a thermoelectric conversion material by adding a metal layer, a metal oxide layer, a polymer layer, a plastic layer, or an aerosol to the thermoelectric conversion material has been considered. The disadvantages of this method are that the degradation of the thermoelectric conversion characteristics due to oxidation, deterioration or sublimation is not sufficiently suppressed, or the formation process of the thermoelectric module is complicated.

이에 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 열화, 산화 또는 승화 등에 의한 소재의 손실이나 특성 저하를 보다 효과적으로 억제하여, 상기 열전 변환 소재의 우수한 열전 특성을 담보할 수 있는 기술의 개발이 계속적으로 요청되어 왔다.Accordingly, there is a continuous demand for the development of a technology capable of more effectively suppressing material loss or property degradation due to deterioration, oxidation, or sublimation of a thermoelectric conversion material including Te or Se, thereby ensuring excellent thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material. Has been.

이에 본 발명은 Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 열화, 산화 또는 승화 등에 의한 소재의 손실이나 특성 저하를 억제하여, 상기 열전 변환 소재의 우수한 열전 특성을 담보할 수 있는 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention is to suppress the loss of the material due to deterioration, oxidation or sublimation of the thermoelectric conversion material containing Te or Se, or deterioration of the properties, to ensure the excellent thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material and its preparation To provide a way.

본 발명은 Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재; The present invention is an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se;

상기 무기 열전 변환 소재 표면의 적어도 일부에 형성되어 있고, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 유리층(glass layer)을 포함하고, Is formed on at least a portion of the surface of the inorganic thermoelectric conversion material, and comprises a glass layer containing tellurium oxide (TeOx),

상기 유리층은 250℃ 내지 300℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 300℃ 내지 400℃의 연화점(Ts)을 갖는 열전 변환 복합재를 제공한다. The glass layer provides a thermoelectric conversion composite having a glass transition temperature (Tg) of 250 ° C to 300 ° C and a softening point (Ts) of 300 ° C to 400 ° C.

본 발명은 또한, Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재 상에, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 유리 페이스트 조성물을 형성하는 단계; The present invention also provides a method of forming a glass paste composition comprising a glass frit powder including tellurium oxide (TeOx), an organic binder, and a solvent on an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se;

상기 무기 열전 변환 소재 상에 도포된 유리 페이스트 조성물을 70 내지 250℃에서 건조하는 단계; 및Drying the glass paste composition applied on the inorganic thermoelectric conversion material at 70 to 250 ° C .; And

상기 유리 페이스트 조성물을 300℃ 이상에서 가열 후 냉각하여 유리층을 형성하는 단계를 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법을 제공한다. It provides a method for producing a thermoelectric conversion composite comprising the step of cooling the glass paste composition after heating at 300 ℃ or more to form a glass layer.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법 등에 관하여, 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a thermoelectric conversion composite and a method for manufacturing the same according to specific embodiments of the present invention will be described in more detail.

발명의 일 구현예에 따르면, Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재; According to one embodiment of the invention, the inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se;

상기 무기 열전 변환 소재 표면의 적어도 일부에 형성되어 있고, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 유리층(glass layer)을 포함하고, Is formed on at least a portion of the surface of the inorganic thermoelectric conversion material, and comprises a glass layer containing tellurium oxide (TeOx),

상기 유리층은 250℃ 내지 300℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 300℃ 내지 400℃의 연화점(Ts)을 갖는 열전 변환 복합재가 제공된다. The glass layer is provided with a thermoelectric conversion composite having a glass transition temperature (Tg) of 250 ° C to 300 ° C and a softening point (Ts) of 300 ° C to 400 ° C.

일 구현예의 열전 변환 복합재는, 예를 들어, BiTe계 열전 변환 소재 등 Te 또는 Se를 포함한 무기 열전 변환 소재 표면의 적어도 일부에, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함하고 소정의 Tg 및 Ts 범위를 충족하는 유리층(glass layer)을 보호층으로서 형성한 것이다. The thermoelectric conversion composite of one embodiment includes tellurium oxide (TeOx) on at least a portion of the surface of an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se, such as, for example, a BiTe-based thermoelectric conversion material and meets a predetermined Tg and Ts range. A glass layer is formed as a protective layer.

본 발명자들의 계속적인 실험 결과, 이러한 텔루륨 산화물(TeOx) 함유 유리층을 상기 열전 변환 소재의 표면 보호층으로 적용함에 따라, 상기 열전 변환 소재의 주요 작동 온도(예를 들어, 약 200 내지 300℃)에서, Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화를 효과적으로 방지 및 억제하고, 이에 따른 열전 변환 특성의 저하를 줄일 수 있음이 확인되었다. 특히, 상기 유리층이 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함하고, 상기 열전 변환 소재의 주요 작동 온도(예를 들어, 약 200 내지 300℃)와 대비하여 상기 유리층이 동등 수준 이상의 250℃ 내지 300℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 300℃ 내지 400℃의 연화점(Ts)을 가짐에 따라, 주요 작동 온도에서 열전 변환 소재의 표면을 매우 효과적으로 보호하고, Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화를 최소한으로 줄일 수 있음이 확인되었다.As a result of continuous experiments by the present inventors, the application of such a tellurium oxide (TeOx) -containing glass layer as a surface protective layer of the thermoelectric conversion material, the main operating temperature of the thermoelectric conversion material (for example, about 200 to 300 ℃ In), it was confirmed that the volatilization / sublimation, oxidation and deterioration of the Te / Se-based component can be effectively prevented and suppressed, thereby reducing the deterioration of the thermoelectric conversion characteristics. In particular, the glass layer comprises tellurium oxide (TeOx) and the glass layer is at least 250 ° C. to 300 ° C. in comparison to the main operating temperature of the thermoelectric conversion material (eg, about 200 to 300 ° C.). Having a glass transition temperature (Tg) and a softening point (Ts) of 300 ° C to 400 ° C, the surface of the thermoelectric conversion material is effectively protected at the main operating temperature, and volatilization / sublimation, oxidation and It was confirmed that deterioration can be reduced to a minimum.

또, 상기 유리층이 상술한 Tg 범위 및 Ts 범위를 가짐에 따라, 이러한 유리층은 상기 Te 또는 Se를 포함한 열전 변환 소재 표면에 우수한 접합성을 갖도록 양호하게 형성될 수 있다. 특히, 상기 유리층의 Tg 및 Ts 범위가 적절한 범위에 있을 뿐 아니라, 이에 대응한 열전 변환 소재의 융점(Tm) 또한 그리 낮지 않은 적절한 범위(예를 들어, Tm: 500 내지 800℃)에 있으므로, 상기 유리층을 400℃ 이하, 혹은 300 내지 400℃의 온도에서 양호하게 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 유리층의 형성 과정에서, 상기 Te 또는 Se를 포함한 열전 변환 소재가 고온에서 손상 또는 변형될 우려 없이 유리층을 양호하게 형성할 수 있게 된다. In addition, as the glass layer has the above-described Tg range and Ts range, such a glass layer may be formed to have excellent bonding property on the surface of the thermoelectric conversion material including Te or Se. In particular, the Tg and Ts ranges of the glass layer are not only in the appropriate range, but also the melting point (Tm) of the corresponding thermoelectric conversion material is also in the appropriate range (for example, Tm: 500 to 800 ° C.) not so low, The said glass layer can be formed favorably at the temperature of 400 degrees C or less, or 300-400 degreeC. Therefore, in the process of forming the glass layer, it is possible to form a glass layer satisfactorily without fear that the thermoelectric conversion material including Te or Se is damaged or deformed at a high temperature.

특히, 상기 BiTe계 열전 변환 소재 등 Te 또는 Se를 포함한 열전 변환 소재 는 350℃ 이상, 예를 들어, 350℃ 내지 400℃의 온도에서 열처리될 경우, 물리적으로 변성 또는 변형되어 열전 변환 특성이 저하될 수 있다. 그러나, 상술한 Tg 및 Ts 범위를 갖는 유리층을 형성함에 따라, 이러한 유리층의 형성 과정 등에서 350℃ 이상의 고온이 인가될 가능성이 줄어들게 되므로, 상기 열전 변환 소재가 고온에서 손상 또는 변형될 우려 없이 유리층을 양호하게 형성할 수 있다. In particular, a thermoelectric conversion material including Te or Se, such as the BiTe-based thermoelectric conversion material, may be physically modified or deformed when the heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. or higher, for example, 350 ° C. to 400 ° C. to degrade thermoelectric conversion characteristics. Can be. However, as the glass layer having the above-described Tg and Ts ranges is formed, the possibility of applying a high temperature of 350 ° C. or higher in the process of forming such a glass layer is reduced, so that the thermoelectric conversion material is not damaged or deformed at high temperature. The layer can be formed well.

한편, 상기 유리층은 상술한 Tg 범위 및 Ts 범위 등을 충족하면서, 예를 들어, BiTe계 열전 변환 소재 등 Te 또는 Se를 포함한 열전 변환 소재에 잘 부합하는 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 유리층은 상온(예를 들어, 약 20℃)에서 125 * 10-7 /℃ 내지 150 * 10-7 /℃, 혹은 125 * 10-7 /℃ 내지 140 * 10-7 /℃의 열 팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 이는 상기 열전 변환 소재와 유사한 범위의 열 팽창 계수로서, 상기 유리층이 이러한 열 팽창 계수를 가짐에 따라, 상기 유리층의 형성에 의해 열전 변환 소재가 뒤틀어지거나, 상기 유리층이 박리되는 등의 문제점을 줄이면서, 상기 Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화를 억제하는 유리층을 열전 변환 소재 상에 양호하게 형성할 수 있다. Meanwhile, the glass layer may have a thermal expansion coefficient that satisfies the above-described Tg range, Ts range, and the like, for example, a thermoelectric conversion material including Te or Se, such as a BiTe-based thermoelectric conversion material. For example, the glass layer may be 125 * 10 -7 / ℃ to 150 * 10 -7 / ℃, or 125 * 10 -7 / ℃ to 140 * 10 -7 / at room temperature (eg, about 20 ℃) It may have a coefficient of thermal expansion (CTE) of ℃. This is a thermal expansion coefficient in a range similar to that of the thermoelectric conversion material, and as the glass layer has such a thermal expansion coefficient, problems such as the thermoelectric conversion material is warped or the glass layer is peeled off by the formation of the glass layer. While reducing, a glass layer that suppresses volatilization / sublimation, oxidation, and deterioration of the Te / Se-based component can be satisfactorily formed on the thermoelectric conversion material.

한편, 이하의 실시예 및 비교예에서도 뒷받침되는 바와 같이, 상술한 Tg 및/또는 Ts 범위를 벗어나는 유리층을 형성하는 경우, 고온에서 열전 변환 소재의 변형 등을 억제하기 어려울 뿐 아니라, 열전 변환 소재의 승화 등도 제대로 억제하지 못하여, 복합재의 열전 특성이 저하됨이 확인되었다. On the other hand, as supported by the following examples and comparative examples, when forming a glass layer outside the above-described Tg and / or Ts range, not only it is difficult to suppress deformation of the thermoelectric conversion material at high temperature, but also thermoelectric conversion material It was also confirmed that sublimation and the like could not be suppressed properly, and the thermoelectric properties of the composite material were lowered.

따라서, 상술한 유리층 및 이를 포함한 일 구현예의 복합재를 사용하면, 열전 모듈의 작동 온도에서, 열전 변환 소재로부터 Te/Se계 성분 등이 휘발/승화, 산화 및 열화되는 것을 매우 효과적으로 억제할 수 있으며, 우수한 열전 변환 효율이 담보될 수 있다. Therefore, by using the above-described glass layer and the composite of one embodiment including the same, it is possible to effectively suppress the volatilization / sublimation, oxidation and deterioration of Te / Se-based components and the like from the thermoelectric conversion material at the operating temperature of the thermoelectric module. Excellent thermoelectric conversion efficiency can be ensured.

이하, 이러한 일 구현예의 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the thermoelectric conversion composite and the manufacturing method thereof according to one embodiment will be described in more detail.

일 구현예의 열전 변환 복합재 중에는 기본적으로 Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재가 포함된다. 이러한 무기 열전 변환 소재로는 이전부터 알려진 Te/Se계 열전 변환 소재를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있으며, 예를 들어, MnTe계 열전 변환 소재, BiTe계 열전 변환 소재, SbTe계 열전 변환 소재, PbTe계 열전 변환 소재 및 PbSe계 열전 변환 소재로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 열전 변환 소재를 사용할 수 있다. 또한, 이러한 Te/Se계 열전 변환 소재의 일반적인 적용 형태에 따라, 상기 열전 변환 소재를 가압 및/또는 고온 하의 소결체 형태로서 사용할 수 있다. The thermoelectric conversion composite of one embodiment includes an inorganic thermoelectric conversion material that basically includes Te or Se. As such inorganic thermoelectric conversion materials, all previously known Te / Se-based thermoelectric conversion materials can be used without any particular limitations. For example, MnTe-based thermoelectric conversion materials, BiTe-based thermoelectric conversion materials, SbTe-based thermoelectric conversion materials, and PbTe-based materials At least one thermoelectric conversion material selected from the group consisting of a thermoelectric conversion material and a PbSe-based thermoelectric conversion material may be used. Moreover, according to the general application form of such Te / Se type thermoelectric conversion material, the said thermoelectric conversion material can be used as a sintered compact form under pressurization and / or high temperature.

다만, 이러한 무기 열전 변환 소재로는, 이전부터 알려진 종류 및 형태의 Te/Se계 열전 변환 소재를 별다른 제한 없이 모두 사용할 수 있으므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다. However, since the inorganic thermoelectric conversion material can be used without any limitation Te / Se-based thermoelectric conversion material of the previously known type and form, further description thereof will be omitted.

한편, 일 구현예의 복합재는 텔루륨 산화물(TeOx)을 주성분으로 포함한 유리층(glass layer)을 포함하며, 이러한 유리층은 상기 무기 열전 변환 소재, 예를 들어, 소결체 표면의 일부 또는 전부에 형성되어 있다. 이러한 유리층에 포함되는 텔루륨 산화물은, 예를 들어, TeOx (x는 2 이하)의 형태로 될 수 있으며, 유리층의 전체 중량을 기준으로 35 내지 70중량%, 혹은 40 내지 60 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. Meanwhile, the composite of one embodiment includes a glass layer including tellurium oxide (TeOx) as a main component, and the glass layer is formed on part or all of the inorganic thermoelectric conversion material, for example, the surface of the sintered body. have. The tellurium oxide contained in the glass layer may be, for example, in the form of TeOx (x is 2 or less), and may be 35 to 70 wt%, or 40 to 60 wt% based on the total weight of the glass layer. It may be included in the content.

이러한 텔루륨 산화물을 포함한 유리층의 형성에 따라, 열전 변환 소재에서 Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화를 보다 효과적으로 억제하여 우수한 열전 변환 특성을 담보할 수 있다. 또, 상기 유리층의 Tg, Ts 및 열팽창 계수 등을 적절한 범위로 제어하여, 열전 변환 소재 표면에 접합성이 우수한 양호한 유리층을 형성할 수 있게 된다. 추가로, 상기 텔루륨 산화물을 적절한 함량으로 포함하는 유리층을 후술하는 적절한 공정 조건 하에 형성함에 따라, 이를 포함하는 유리층과, 열전 변환 소재 간에 화학적 결합/흡착 관계가 형성될 수 있다. 이에 따라, 표면 에너지 안정화로 인해 열전 변환 소재의 승화 등이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다. According to the formation of the glass layer including the tellurium oxide, it is possible to more effectively suppress the volatilization / sublimation, oxidation and deterioration of the Te / Se-based component in the thermoelectric conversion material to ensure excellent thermoelectric conversion characteristics. Moreover, Tg, Ts, a thermal expansion coefficient, etc. of the said glass layer can be controlled in an appropriate range, and the favorable glass layer excellent in joinability can be formed in the thermoelectric conversion material surface. In addition, as the glass layer including the tellurium oxide in an appropriate content is formed under appropriate process conditions described below, a chemical bonding / adsorption relationship may be formed between the glass layer and the thermoelectric conversion material. Accordingly, sublimation of the thermoelectric conversion material may be more effectively prevented due to surface energy stabilization.

한편, 상기 유리층은 Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화를 보다 효과적으로 방지 및 억제하고, 열전 변환 소재에 대한 우수한 접합성 및 적절한 열팽창 계수 등을 나타낼 수 있도록 250℃ 내지 300℃의 Tg 및 300℃ 내지 400℃, 혹은 350℃ 내지 400℃의 Ts을 나타낼 필요가 있다. 이러한 유리층의 Tg, Ts 및 열 팽창 계수 범위 등은 상술한 텔루륨 산화물의 조성뿐 아니라, 유리층에 포함되는 나머지 추가 성분의 조성에 의해서도 제어될 수 있다. Meanwhile, the glass layer has a Tg of 250 ° C. to 300 ° C. to more effectively prevent and suppress the volatilization / sublimation, oxidation, and deterioration of Te / Se-based components, and exhibit excellent bonding property and appropriate thermal expansion coefficient to a thermoelectric conversion material. And Ts of 300 ° C to 400 ° C or 350 ° C to 400 ° C. The Tg, Ts and thermal expansion coefficient range of the glass layer may be controlled not only by the composition of the tellurium oxide described above, but also by the composition of the remaining additional components included in the glass layer.

이러한 유리층의 일 실시예에서, 상기 유리층은 상술한 텔루륨 산화물 외에, 바나듐 산화물(V2O5)의 25 내지 60 중량%, 혹은 30 내지 50 중량%를 더 포함할 수 있으며, 이에 더하여, BaO, Bi2O3, B2O3, SiO2, ZnO, Al2O3, P2O5, PbO, WO3, CaO 및 Na2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물의 0.01 내지 10 중량%, 혹은 0.1 내지 5 중량%를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the glass layer, the glass layer may further comprise 25 to 60% by weight, or 30 to 50% by weight of vanadium oxide (V2O5), in addition to the above tellurium oxide, BaO, 0.01 to 10% by weight of at least one oxide selected from the group consisting of Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , P 2 O 5 , PbO, WO 3 , CaO and Na 2 O Or, it may further comprise 0.1 to 5% by weight.

이러한 유리층의 조성에 따라, 상술한 바와 같은 적절한 Tg, Ts 및 열 팽창 계수 범위를 보다 용이하게 달성할 수 있게 되며, 이로서 유리층이 열전 변환 소재에 대한 우수한 접합성을 가지면서 보다 양호하게 형성될 수 있으면서도, 상기 열전 변환 소재로부터의 Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화 등을 효과적으로 억제할 수 있다. According to the composition of the glass layer, it is possible to more easily achieve the appropriate Tg, Ts and thermal expansion coefficient ranges as described above, so that the glass layer can be formed better with good bonding to the thermoelectric conversion material. At the same time, volatilization / sublimation, oxidation and deterioration of Te / Se-based components from the thermoelectric conversion material can be effectively suppressed.

그리고, 상기 유리층은 상기 Te/Se계 성분의 휘발/승화, 산화 및 열화 등을 효과적으로 억제하면서도, 열전 변환 소재의 기본적인 특성을 저하시키지 않도록, 예를 들어, 10nm 내지 100㎛, 혹은 0.1 내지 100㎛, 혹은 1 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있다. In addition, the glass layer effectively suppresses volatilization / sublimation, oxidation and deterioration of the Te / Se-based components, and does not deteriorate the basic characteristics of the thermoelectric conversion material, for example, from 10 nm to 100 μm, or from 0.1 to 100. It may have a thickness of 1 μm or 1 to 50 μm.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 일 구현예의 열전 변환 복합재의 제조 방법이 제공된다. 이러한 제조 방법은 Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재 상에, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 유리 페이스트 조성물을 형성하는 단계; On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a method of manufacturing a thermoelectric conversion composite of one embodiment described above. This manufacturing method includes forming a glass paste composition comprising glass frit powder including tellurium oxide (TeOx), an organic binder, and a solvent on an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se;

상기 무기 열전 변환 소재 상에 도포된 유리 페이스트 조성물을 70 내지 250℃에서 건조하는 단계; 및Drying the glass paste composition applied on the inorganic thermoelectric conversion material at 70 to 250 ° C .; And

상기 유리 페이스트 조성물을 300℃ 이상에서 가열 후 냉각하여 유리층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. It may include the step of forming the glass layer by cooling the glass paste composition after heating at 300 ℃ or more.

이러한 다른 구현예의 제조 방법에 따르면, Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재 표면에, 텔루륨 산화물을 포함하면서, 적절한 Tg 및 Ts를 갖는 양호한 유리층을 형성할 수 있게 되며, 이로서 일 구현예의 열전 변환 복합재를 용이하게 얻을 수 있다. According to the manufacturing method of this other embodiment, it is possible to form a good glass layer containing tellurium oxide on the surface of the inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se, and having an appropriate Tg and Ts, thereby providing the thermoelectric of one embodiment. The conversion composite can be easily obtained.

이러한 다른 구현예의 제조 방법에서, 상기 Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재는 이미 잘 알려진 열전 변환 소재의 제조 방법에 따라, 소결체 형태로 제조될 수 있다. In the manufacturing method of this other embodiment, the inorganic thermoelectric conversion material containing Te or Se may be prepared in the form of a sintered body, according to a method for producing a thermoelectric conversion material that is well known.

이후, 소정의 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 유리 페이스트 조성물을 상기 열전 변환 소재 상에 도포할 수 있다. Thereafter, a glass paste composition including a glass frit powder including a predetermined tellurium oxide (TeOx), an organic binder, and a solvent may be applied onto the thermoelectric conversion material.

이때, 상기 페이스트 조성물에 포함되는 글래스 프릿 분말은 이미 상술한 유리층과 동일하거나, 이에 대응되는 조성을 가질 수 있으며, 예를 들어, 텔루륨 산화물(TeOx)의 35 내지 70중량%, 혹은 40 내지 60 중량%와, 바나듐 산화물(V2O5)의 25 내지 60 중량%, 혹은 30 내지 50 중량%와, BaO, Bi2O3, B2O3, SiO2, ZnO, Al2O3, P2O5, PbO, WO3, CaO 및 Na2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물의 0.01 내지 10 중량%, 혹은 0.1 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. In this case, the glass frit powder included in the paste composition may have the same or corresponding composition as that of the glass layer described above. For example, 35 to 70% by weight of tellurium oxide (TeOx), or 40 to 60 Wt%, 25 to 60 wt%, or 30 to 50 wt% of vanadium oxide (V2O5), BaO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , P 2 O 5 It may include 0.01 to 10% by weight, or 0.1 to 5% by weight of at least one oxide selected from the group consisting of, PbO, WO 3 , CaO and Na 2 O.

또, 상기 글래스 프릿 분말은 페이스트 조성물 중에 적절히 분산되면서, 양호한 유리층의 형성이 가능해지도록, 100nm 내지 10㎛, 혹은 1㎛ 내지 5㎛의 입경을 가질 수 있다. In addition, the glass frit powder may have a particle size of 100 nm to 10 μm, or 1 μm to 5 μm, so that a good glass layer may be formed while appropriately dispersed in the paste composition.

그리고, 상기 페이스트 조성물에 포함되는 유기 바인더로는, 일반적인 유리 페이스트 조성물에 사용 가능한 것으로 알려진 임의의 고분자 바인더 등을 사용할 수 있으며, 이의 구체적인 예로는, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 바인더, 폴리(메트)아크릴계 바인더 또는 폴리비닐계 바인더 등을 들 수 있다. As the organic binder included in the paste composition, any polymer binder known to be usable in a general glass paste composition may be used. Specific examples thereof include cellulose binders such as ethyl cellulose, and poly (meth) acrylic compounds. A binder or a polyvinyl type binder etc. are mentioned.

또한, 상기 페이스트 조성물에는, 상기 글래스 프릿 분말 및 유기 바인더를 균일하게 용해 또는 분산시키기 위한 용매가 더 포함되는데, 이러한 용매로는 유기 바인더 등의 종류에 따라 우수한 용해도/분산성을 갖는 유기 용매 또는 수용매를 당업자가 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 용매의 구체적인 예로는, α-Terpineol 또는 페놀 등의 알코올계 용매, Butyl carbitol acetate 등의 아세테이트계 용매, 톨루엔 등의 방향족 탄화수소계 용매 또는 물 등의 수계 용매를 들 수 있다. In addition, the paste composition further includes a solvent for uniformly dissolving or dispersing the glass frit powder and the organic binder. The solvent may be an organic solvent or water having excellent solubility / dispersibility according to the type of the organic binder. The solvent can be appropriately selected and used by those skilled in the art. Specific examples of such a solvent include an alcohol solvent such as α-Terpineol or phenol, an acetate solvent such as Butyl carbitol acetate, an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene, or an aqueous solvent such as water.

한편, 상술한 각 성분을 도포에 적합한 점도를 갖도록 혼합하여 유리 페이스트 조성물을 얻을 수 있으며, 이러한 적절한 점도 범위를 고려한 유리 페이스트 조성물은, 예를 들어, 글래스 프릿 분말의 1 내지 50 중량%, 혹은 5 내지 30 중량%, 유기 바인더의 5 내지 25 중량%, 혹은 5 내지 20 중량% 및 용매의 28 내지 90 중량%, 혹은 55 내지 85 중량%를 포함할 수 있다. On the other hand, it is possible to obtain a glass paste composition by mixing each of the above components to have a viscosity suitable for application, the glass paste composition in consideration of such a suitable viscosity range, for example, 1 to 50% by weight of the glass frit powder, or 5 To 30% by weight, 5 to 25% by weight of the organic binder, or 5 to 20% by weight and 28 to 90% by weight of the solvent, or 55 to 85% by weight.

이렇게 얻어진 유리 페이스트 조성물은 이미 상술한 유리층을 형성하고자 하는 열전 변환 소재 표면의 소정 영역에 도포될 수 있으며, 이러한 도포 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 열전 변환 소재를 유리 페이스트 조성물에 담지하거나, 유리 페이스트 조성물을 열전 변환 소재 상에 직접 코팅하는 방법 등으로, 상기 유리 페이스트 조성물을 열전 변환 소재 상에 도포할 수 있다. The glass paste composition thus obtained may be applied to a predetermined region of the surface of the thermoelectric conversion material to which the above-described glass layer is to be formed, and such a coating method is not particularly limited. For example, the glass paste composition may be applied onto the thermoelectric conversion material by, for example, supporting the thermoelectric conversion material in the glass paste composition or coating the glass paste composition directly on the thermoelectric conversion material.

이어서, 상기 무기 열전 변환 소재 상에 도포된 유리 페이스트 조성물을 70 내지 250℃, 혹은 80 내지 200℃에서 건조하여, 상기 유리 페이스트 조성물에 포함된 용매 등을 제거할 수 있다. Subsequently, the glass paste composition coated on the inorganic thermoelectric conversion material may be dried at 70 to 250 ° C. or 80 to 200 ° C. to remove a solvent and the like contained in the glass paste composition.

이때의 건조 방법 역시 특히 제한되지 않으며, 용매의 종류 및 비점 등을 고려하여, 상술한 온도 범위에서 30초 내지 36시간, 혹은 1분 내지 90분 동안 건조하여 용매를 제거하는 방법으로 진행할 수 있다. At this time, the drying method is not particularly limited, and may be performed by removing the solvent by drying for 30 seconds to 36 hours or 1 minute to 90 minutes in the above-described temperature range in consideration of the type and boiling point of the solvent.

한편, 위 건조 단계를 진행한 후에는, 상기 유리 페이스트 조성물을 300℃ 이상, 혹은 300 내지 400℃에서 가열 후 냉각하여 연속적인 유리층을 형성하는 단계를 진행할 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 상기 유리 페이스트 조성물에 포함되는 글래스 프릿 분말 및 이로부터 형성되는 유리층은 지나치게 높지 않은 Tg 및 Ts 범위를 가짐에 따라, 300℃ 이상의 온도에서 가열하는 동안 글래스 프릿 분말들이 서로 접합되어 연속적이면서 유연한 유리막이 형성되고, 이후 냉각하는 동안 열전 변환 소재 상에 산화 및 승화를 방지할 수 있는 연속적인 유리층이 양호하게 형성될 수 있다. 또, 이러한 가열 온도에 의해, 상기 Te 또는 Se를 포함한 열전 변환 소재가 고온에서 손상될 우려 없이 유리층을 양호하게 형성할 수 있게 된다. On the other hand, after the above drying step, the glass paste composition may be proceeded to form a continuous glass layer by heating and cooling after heating at 300 ℃ or more, or 300 to 400 ℃. As already mentioned above, the glass frit powder included in the glass paste composition and the glass layer formed therefrom have a Tg and Ts range that are not too high, so that the glass frit powders are bonded to each other during heating at a temperature of 300 ° C. or higher. A continuous and flexible glass film can be formed, and then a continuous glass layer capable of preventing oxidation and sublimation on the thermoelectric conversion material during cooling can be formed well. Moreover, such a heating temperature makes it possible to form a glass layer satisfactorily without fear of damaging the thermoelectric conversion material including Te or Se at a high temperature.

이와 같은 가열 공정은, 예를 들어, 상술한 온도 범위에서 1분 내지 1시간 동안 진행될 수 있고, 당업자에게 잘 알려진 일반 전기로 또는 분위기 전기로에서 진행될 수 있으며, 진공 또는 대기압 하에 진행될 수 있다. Such a heating process may be performed, for example, for 1 minute to 1 hour in the above-described temperature range, may be performed in a general electric furnace or an atmosphere electric furnace well known to those skilled in the art, and may be performed under vacuum or atmospheric pressure.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 일 구현예의 열전 변환 복합재를 포함하는 열전소자가 제공된다. 이러한 열전소자는 상기 일 구현예의 열전 변환 복합재를 p형 또는 n형 열전재료로서 포함할 수 있으며, 이를 위해 상기 일 구현예의 열전 변환 복합재를 추가적인 p형 원소 또는 n형 원소를 추가 도핑한 상태로 포함할 수 있다. 다만, 이때 사용 가능한 p형 원소 또는 n형 원소의 종류나 도핑 방법은 특히 제한되지 않으며, 이전부터 열전재료를 p형 또는 n형으로 적용하기 위해 일반적으로 사용되던 원소 및 도핑 방법을 적용할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a thermoelectric device comprising the thermoelectric conversion composite of the above-described embodiment. Such a thermoelectric device may include the thermoelectric conversion composite of the embodiment as a p-type or n-type thermoelectric material, and for this purpose, the thermoelectric conversion composite of the embodiment is further doped with an additional p-type element or n-type element. can do. However, the type or doping method of the p-type element or n-type element that can be used at this time is not particularly limited, and elements and doping methods that have been generally used to apply the thermoelectric material to p-type or n-type can be applied. .

상기 열전소자는 이러한 p형 또는 n형 열전 변환 복합재를 소결체 상태로 얻은 후, 가공 및 성형하여 형성된 열전엘리먼트를 포함할 수 있으며, 이와 함께 절연기판 및 전극을 포함할 수 있다. 이러한 열전엘리먼트, 절연기판 및 전극의 결합 구조는 통상적인 열전소자의 구조에 따를 수 있다. The thermoelectric element may include a thermoelectric element formed by processing and molding the p-type or n-type thermoelectric conversion composite in a sintered state, and may include an insulating substrate and an electrode. The coupling structure of the thermoelectric element, the insulating substrate and the electrode may be in accordance with the structure of a conventional thermoelectric element.

또한, 상기 절연기판으로는 사파이어 기판, 실리콘 기판, 파이렉스 기판 또는 석영 기판 등을 사용할 수 있고, 전극으로는 임의의 금속 또는 도전성 금속 화합물을 포함하는 전극을 사용할 수 있다. In addition, a sapphire substrate, a silicon substrate, a Pyrex substrate, a quartz substrate, or the like may be used as the insulating substrate, and an electrode containing any metal or a conductive metal compound may be used as the electrode.

상술한 열전소자는 일 구현예의 열전 변환 복합재를 포함함에 따라, 작동 온도에서 장시간 사용되더라도, 우수한 열전 변환 성능을 발현 및 유지할 수 있으며, 다양한 분야 및 용도에서, 열전 냉각 시스템 또는 열전 발전 시스템 등으로 바람직하게 적용될 수 있다. As the above-mentioned thermoelectric element includes the thermoelectric conversion composite of one embodiment, even when used for a long time at the operating temperature, it is possible to express and maintain excellent thermoelectric conversion performance, and in various fields and applications, it is preferable as a thermoelectric cooling system or a thermoelectric power generation system. Can be applied.

본 발명에 따르면, Te 또는 Se를 포함하는 열전 변환 소재의 열화, 산화 또는 승화 등에 의한 소재의 손실이나 특성 저하를 효과적으로 억제하여, 상기 열전 변환 소재의 우수한 열전 특성을 담보할 수 있는 열전 변환 복합재 및 이의 제조 방법이 제공될 수 있다. According to the present invention, a thermoelectric conversion composite material capable of effectively suppressing the loss or property loss due to deterioration, oxidation or sublimation of a thermoelectric conversion material including Te or Se, and ensuring excellent thermoelectric properties of the thermoelectric conversion material, and Methods for their preparation may be provided.

도 1은 실시예 2에서 형성된 n형 열전 변환 복합재를 일부 연마한 후, 이에 포함되는 각 층의 경계를 전자 현미경으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 2는 도 1에서 표시된 영역을 확장하여 EDX 원소 분석 결과와 함께 나타낸 사진이다.
도 3은 도 1에서 연마되지 않은 실시예 2의 열전 변환 복합재의 모서리를 관찰하여 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예 4의 열전 변환 복합재의 표면을 광학 현미경으로 관찰한 사진이다.
도 5는 비교예 4의 열전 변환 복합재가 유리층 형성 과정 중에 고온에서 노출된 후 변형된 모습을 나타내는 사진이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1의 승화 테스트 결과를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 7은 비교예 1 및 3의 승화 테스트 결과를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 8은 비교예 1(승화테스트 전/후), 비교예 3(승화테스트 후) 및 실시예 3(승화테스트 후)의 제벡계수 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 비교예 2(승화테스트 전/후), 비교예 4(승화테스트 후) 및 실시예 2(승화테스트 후)의 제벡계수 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a photograph of a portion of an n-type thermoelectric conversion composite formed in Example 2 and photographed by electron microscope photographing the boundary of each layer included therein.
FIG. 2 is a photograph showing an EDX elemental analysis result by expanding the region shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a photograph illustrating an edge of the thermoelectric conversion composite of Example 2 not polished in FIG. 1.
4 is a photograph of the surface of the thermoelectric conversion composite of Comparative Example 4 observed with an optical microscope.
5 is a photograph showing a state in which the thermoelectric conversion composite of Comparative Example 4 is deformed after exposure to high temperature during the glass layer forming process.
Figure 6 is a photograph showing a comparison of the sublimation test results of Example 1 and Comparative Example 1.
7 is a photograph showing comparison of the sublimation test results of Comparative Examples 1 and 3. FIG.
8 is a graph showing the results of measuring the Seebeck coefficient of Comparative Example 1 (before / after the sublimation test), Comparative Example 3 (after the sublimation test) and Example 3 (after the sublimation test).
9 is a graph showing the results of measuring the Seebeck coefficient of Comparative Example 2 (before / after the sublimation test), Comparative Example 4 (after the sublimation test) and Example 2 (after the sublimation test).

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. The invention is explained in more detail in the following examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1: p형-BiTe계 열전 변환 소재 및 열전 변환 복합재의 제조 Example 1 Preparation of p-BiTe-based Thermoelectric Conversion Materials and Thermoelectric Conversion Composites

1) p형-BiTe계 열전 변환 소재의 제조 1) Preparation of p-BiTe Thermoelectric Conversion Material

Bi, Sb, Te, Pb shot을 Bi 0.5, Sb 1.5, Te 3.0 및 Pb 0.01의 조성비(몰비)에 맞게 칭량하고, 그 혼합물을 석영 튜브 내에 넣고 진공 실링하여 앰플을 만든 후, 앰플을 튜브 퍼니스 내에 위치시키고 800℃의 온도에서 용융시켰다. 이와 같이 용융 합성된 잉곳을 650℃에 분출하여 냉수로 급속 냉각시킨 후, 약 50㎛로 분쇄 및 분급하였다. 이렇게 분급된 분말을 50MPa로 가압하고 475℃의 온도에서 2분 동안 방전 플라즈마 소결법(Spark plasma sintering)으로 가압 소결하였다. 소결된 p형 BiTe계 열전 변환 소재를 2.5mm X 2.5mm X 12mm 의 사각기둥 형태로 가공하였다. Bi, Sb, Te, Pb shot is weighed to the composition ratio (molar ratio) of Bi 0.5, Sb 1.5, Te 3.0 and Pb 0.01, the mixture is placed in a quartz tube and vacuum sealed to make an ampoule, and then the ampoule is placed in a tube furnace. And melt at a temperature of 800 ° C. The melt synthesized ingot was jetted at 650 ° C. and rapidly cooled with cold water, and then ground and classified to about 50 μm. The powder thus classified was pressurized to 50 MPa and pressure sintered by spark plasma sintering at a temperature of 475 ° C. for 2 minutes. The sintered p-type BiTe-based thermoelectric material was processed into a 2.5 mm x 2.5 mm x 12 mm square pillar.

2) 유리 페이스트 조성물의 제조2) Preparation of Glass Paste Composition

TeO2, V2O5및 ZnO가 55:44:1의 중량비로 포함되고 4㎛의 입경을 갖는 글래스 프릿 분말을, Mineral spirit (D80; 유기 바인더)과 α-Terpineol이 9:1의 부피비로 섞여 있는 용액과, 1:1의 중량비로 혼합하였다. Voltex를 통해 3000rpm으로 72시간동안 진동을 주어 유리 페이스트 조성물을 형성하였다. Glass frit powder containing TeO 2 , V 2 O 5 and ZnO in a weight ratio of 55: 44: 1 and having a particle diameter of 4 μm, mineral spirit (D80; organic binder) and α-Terpineol in a volume ratio of 9: 1 The mixed solution was mixed at a weight ratio of 1: 1. The glass paste composition was formed by vibrating for 72 hours at 3000 rpm through the Voltex.

3) 유리층이 형성된 열전 변환 복합재의 제조3) Preparation of thermoelectric conversion composite with glass layer

상기 2)에서 형성한 유리 페이스트 조성물 10g과 α-Terpineol 30ml을 혼합한 후, Voltex를 통해 1시간동안 분산시켰다. 1)에서 형성한, 사각기둥 형태로 가공된 p형 BiTe계 열전 변환 소재를 상기 분산액에 deeping한 뒤 200℃의 전기로에서 1시간 30분간 건조 시켰다. 사각기둥의 모든 면에 코팅이 되도록 총 3회의 코팅 및 건조를 진행했다. 혹은 코팅면과 일반 표면의 차이를 확인하기 위해 열전소재의 일부만을 deeping 하여 코팅 및 건조를 진행했다. 3회의 코팅 및 건조 과정이 끝난 시편을 전기로에 넣고 380℃에서 30분간 가열한 후 자연 냉각시켰다. 10 g of the glass paste composition formed in 2) and 30 ml of α-Terpineol were mixed, and then dispersed through Voltex for 1 hour. The p-type BiTe-based thermoelectric material formed in 1), which was processed in the form of a square column, was deeped in the dispersion and dried in an electric furnace at 200 ° C. for 1 hour and 30 minutes. A total of three coating and drying processes were carried out to coat all sides of the square pillar. Or, to check the difference between the coated surface and the general surface, only a part of the thermoelectric material was deepened to perform coating and drying. After three coating and drying processes, the specimens were put in an electric furnace, heated at 380 ° C. for 30 minutes, and then naturally cooled.

실시예 2: n형-BiTe계 열전 변환 소재 및 열전 변환 복합재의 제조 Example 2: Preparation of n-BiTe-based Thermoelectric Conversion Materials and Thermoelectric Conversion Composites

1) n형-BiTe계 열전 변환 소재의 제조 1) Preparation of n-BiTe Thermoelectric Conversion Material

Bi, Sn, Te shot을 Bi 2, Sn 0.5, Te 2.5의 조성비(몰비)에 맞게 칭량하고, 그 혼합물을 석영 튜브 내에 넣고 진공 실링하여 앰플을 만든 후, 앰플을 450℃의 전기로에서 고상 반응시켰다. 이와 같이 고상 합성된 잉곳을 자연 냉각시킨 후, 약 50㎛로 분쇄 및 분급하였다. 이렇게 분급된 분말을 50MPa로 가압하고 450℃의 온도에서 5분 동안 방전 플라즈마 소결법(Spark plasma sintering)으로 가압 소결하였다. 소결된 n형 BiTe계 열전 변환 소재를 2.5mm X 2.5mm X 12mm 의 사각기둥 형태로 가공하였다. Bi, Sn, Te shot was weighed according to the composition ratio (molar ratio) of Bi 2, Sn 0.5, Te 2.5, the mixture was put in a quartz tube and vacuum-sealed to form an ampoule, and the ampoule was subjected to a solid phase reaction in an electric furnace at 450 ° C. . The solid ingot thus synthesized was naturally cooled, and then ground and classified to about 50 µm. The powder thus classified was pressurized to 50 MPa and pressure sintered by spark plasma sintering at a temperature of 450 ° C. for 5 minutes. The sintered n-type BiTe-based thermoelectric material was processed into a 2.5 mm x 2.5 mm x 12 mm square pillar.

2) 유리 페이스트 조성물의 제조 2) Preparation of Glass Paste Composition

TeO2, V2O5및 ZnO가 55:44:1의 중량비로 포함되고 4㎛의 입경을 갖는 글래스 프릿 분말을, Mineral spirit (D80; 유기 바인더)과 α-Terpineol이 9:1의 부피비로 섞여 있는 용액과, 1:1의 중량비로 혼합하였다. Voltex를 통해 3000rpm으로 72시간동안 진동을 주어 유리 페이스트 조성물을 형성하였다. Glass frit powder containing TeO 2 , V 2 O 5 and ZnO in a weight ratio of 55: 44: 1 and having a particle diameter of 4 μm, mineral spirit (D80; organic binder) and α-Terpineol in a volume ratio of 9: 1 The mixed solution was mixed at a weight ratio of 1: 1. The glass paste composition was formed by vibrating for 72 hours at 3000 rpm through the Voltex.

3) 유리층이 형성된 열전 변환 복합재의 제조3) Preparation of thermoelectric conversion composite with glass layer

상기 2)에서 형성한 유리 페이스트 조성물 10g과 α-Terpineol 30ml을 혼합한 후, Voltex를 통해 1시간동안 분산시켰다. 1)에서 형성한, 사각기둥 형태로 가공된 n형 BiTe계 열전 변환 소재를 상기 분산액에 deeping한 뒤 200℃의 전기로에서 1시간 30분간 건조 시켰다. 사각기둥의 모든 면에 코팅이 되도록 총 3회의 코팅 및 건조를 진행했다. 혹은 코팅면과 일반 표면의 차이를 확인하기 위해 열전소재의 일부만을 deeping 하여 코팅 및 건조를 진행했다. 3회의 코팅 및 건조 과정이 끝난 시편을 전기로에 넣고 380℃에서 30분간 가열한 후 자연 냉각시켰다. 10 g of the glass paste composition formed in 2) and 30 ml of α-Terpineol were mixed, and then dispersed through Voltex for 1 hour. The n-type BiTe-based thermoelectric material formed in 1), which was processed in the form of a square column, was deeped in the dispersion and dried in an electric furnace at 200 ° C. for 1 hour and 30 minutes. A total of three coating and drying processes were carried out to coat all sides of the square pillar. Or, to check the difference between the coated surface and the general surface, only a part of the thermoelectric material was deepened to perform coating and drying. After three coating and drying processes, the specimens were put in an electric furnace, heated at 380 ° C. for 30 minutes, and then naturally cooled.

비교예 1: p형-BiTe계 열전 변환 소재의 제조Comparative Example 1: Preparation of p-BiTe Thermoelectric Conversion Material

실시예 1의 1)에서 형성된 p형-BiTe계 열전 변환 소재를 유리층의 형성 없이 비교예 1로 하였다. The p-BiTe based thermoelectric conversion material formed in 1) of Example 1 was set as Comparative Example 1 without forming a glass layer.

비교예 2: n형-BiTe계 열전 변환 소재의 제조Comparative Example 2: Preparation of n-BiTe Thermoelectric Conversion Material

실시예 2의 1)에서 형성된 n형-BiTe계 열전 변환 소재를 유리층의 형성 없이 비교예 2로 하였다.The n-type BiTe-based thermoelectric conversion material formed in 1) of Example 2 was used as Comparative Example 2 without forming a glass layer.

비교예 3: p형-BiTe계 열전 변환 소재 및 열전 변환 복합재의 제조 Comparative Example 3: Preparation of p-BiTe Thermoelectric Conversion Material and Thermoelectric Conversion Composite

실시예 1에서, 유리 페이스트 조성물의 조성 및 제조를 다음과 같이 달리하였다. 즉, TeO2, V2O5및 ZnO가 20:70:10의 중량비로 포함되고, 4㎛의 입경을 갖는 글래스 프릿 분말을, Mineral spirit (D80; 유기 바인더)과 α-Terpineol이 9:1의 부피비로 섞여 있는 용액과, 1:1의 중량비로 혼합하였다. Voltex를 통해 3000rpm으로 72시간동안 진동을 주어 유리 페이스트 조성물을 형성하였다. In Example 1, the composition and preparation of the glass paste composition were varied as follows. That is, TeO 2 , V 2 O 5 and ZnO are contained in a weight ratio of 20:70:10, and glass frit powder having a particle diameter of 4 μm is used, and mineral spirit (D80; organic binder) and α-Terpineol are 9: 1. The solution mixed with the volume ratio of was mixed with the weight ratio of 1: 1. The glass paste composition was formed by vibrating for 72 hours at 3000 rpm through the Voltex.

상기 유리 페이스트 조성물의 조성 및 형성을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 3의 열전 변환 복합재를 제조하였다. A thermoelectric conversion composite of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except for the composition and formation of the glass paste composition.

비교예 4: n형-BiTe계 열전 변환 소재 및 열전 변환 복합재의 제조 Comparative Example 4: Preparation of n-BiTe Thermoelectric Conversion Material and Thermoelectric Conversion Composite

실시예 2에서, 유리 페이스트 조성물의 조성 및 제조를 다음과 같이 달리하였다. 즉, TeO2, V2O5및 ZnO가 20:70:10의 중량비로 포함되고, 4㎛의 입경을 갖는 글래스 프릿 분말을, Mineral spirit (D80; 유기 바인더)과 α-Terpineol이 9:1의 부피비로 섞여 있는 용액과, 1:1의 중량비로 혼합하였다. Voltex를 통해 3000rpm으로 72시간동안 진동을 주어 유리 페이스트 조성물을 형성하였다. In Example 2, the composition and preparation of the glass paste composition were varied as follows. That is, TeO 2 , V 2 O 5 and ZnO are contained in a weight ratio of 20:70:10, and glass frit powder having a particle diameter of 4 μm is used, and mineral spirit (D80; organic binder) and α-Terpineol are 9: 1. The solution mixed with the volume ratio of was mixed with the weight ratio of 1: 1. The glass paste composition was formed by vibrating for 72 hours at 3000 rpm through the Voltex.

상기 유리 페이스트 조성물의 조성 및 형성을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비교예 4의 열전 변환 복합재를 제조하였다. A thermoelectric conversion composite of Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Example 2 except for the composition and formation of the glass paste composition.

시험예 1: 유리층의 Tg, Ts 및 열 팽창 계수 측정Test Example 1 Measurement of Tg, Ts, and Thermal Expansion Coefficient of the Glass Layer

유리층이 형성된 실시예 1, 2, 비교예 3 및 4의 열전 변환 복합재에서, 각각 열전 변환 소재 상에 형성된 유리층의 Tg, Ts 및 열 팽창 계수를 다음의 방법으로 측정하였다. 참고로, 유리층의 특성은 이를 형성하기 위한 글래스 프릿 분말의 가공체에 대해 측정하였으며, 최종 형성된 유리층의 특성은 상기 글래스 프릿 분말의 가공체에 대해 측정된 특성과 동일하게 정의하였다. In the thermoelectric conversion composites of Examples 1, 2, Comparative Examples 3, and 4 in which the glass layers were formed, the Tg, Ts, and thermal expansion coefficients of the glass layers formed on the thermoelectric conversion materials, respectively, were measured by the following method. For reference, the properties of the glass layer were measured with respect to the workpiece of the glass frit powder for forming the same, and the properties of the finally formed glass layer were defined in the same manner as the properties measured with respect to the workpiece of the glass frit powder.

먼저, Tg는 상기 글래스 프릿 분말을 직경 1.2inch 및 높이 1cm로 cold press 한 후, 2.5mm X 2.5mm X 9.5mm의 크기로 가공했다. Dilatometer를 이용하여 상기 가공체의 CTE를 측정하고, 이러한 측정 결과로부터 온도별 CTE의 관계/그래프를 도출하고(하기 그림 1의 예시 참조), 이로부터 Tg, Ts를 각각 측정하였다. First, Tg cold pressed the glass frit powder to 1.2 inches in diameter and 1 cm in height, and then processed the size of 2.5 mm x 2.5 mm x 9.5 mm. The CTE of the workpiece was measured using a dilatometer, and the relationship / graph of the CTE for each temperature was derived from these measurement results (see the example in Figure 1 below), and Tg and Ts were measured from the results.

참고로, CTE는 원래 길이 대비 변한 길이의 온도별 비율로, 단위는 (㎛/m/℃, 즉 X10-6- 1)이며, 각 온도마다 값이 다르게 측정된다. 또, 상기 유리층의 Tg는 온도별 CTE의 기울기가 급격히 상승하는 변곡점의 온도(2차 미분 값의 변곡점; 하기 그림 1 참조)로 측정될 수 있고, Ts는 Tg 이후 CTE의 기울기가 급격하게 감소하는 변곡점의 온도(2차 미분 값의 추가 변곡점; 하기 그림 1 참조)로 부분으로 측정될 수 있다. For reference, the CTE is the ratio of the length of the original length to the changed length, and the unit is (µm / m / ° C, that is, X10 -6 ° C - 1 ), and the value is measured differently for each temperature. In addition, the Tg of the glass layer may be measured as the temperature of the inflection point (the inflection point of the second derivative value) in which the slope of the CTE for each temperature rises sharply, and Ts is the steep decrease of the slope of the CTE after Tg. Can be measured in parts by the temperature of the inflection point (additional inflection point of the second derivative; see Figure 1 below).

[그림 1][Figure 1]

Figure 112016127899186-pat00001
Figure 112016127899186-pat00001

그 측정 결과는 하기 표 2에 정리하여 나타내었다. The measurement results are collectively shown in Table 2 below.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 Tg(℃)Tg (℃) 253253 253253 332332 287287 Ts(℃)Ts (℃) 313313 313313 409409 409409 CTE(/℃)CTE (/ ℃)  13.5X10-6 13.5X10 -6   13.5X10-6 13.5X10 -6   15.0X10-6 15.0X10 -6   15.0X10-6 15.0X10 -6

상기 표 2을 참고하면, 실시예 1 및 2에서 형성된 유리층의 Tg는 250℃ 내지 300℃이고, Ts는 300℃ 내지 400℃의 범위에 있는 것으로 확인되었다. 이에 비해, 비교예 3 및 4에서 형성된 유리층은 보다 높은 Tg 또는 Ts를 갖는 것으로 확인되었다. 또, 상기 실시예 1 및 2에서 형성된 유리층은 125 * 10-7 /℃ 내지 150 * 10-7 /℃의 범위에 있는 열 팽창 계수(CTE)를 갖는 것으로 확인되었다. Referring to Table 2, the Tg of the glass layers formed in Examples 1 and 2 was found to be in the range of 250 ℃ to 300 ℃, Ts 300 ℃ to 400 ℃. In comparison, the glass layers formed in Comparative Examples 3 and 4 were found to have higher Tg or Ts. In addition, the glass layers formed in Examples 1 and 2 were found to have a coefficient of thermal expansion (CTE) in the range of 125 * 10-7 / ℃ to 150 * 10-7 / ℃.

시험예 2: 유리층의 양호한 형성 확인Test Example 2: Confirmation of Good Formation of Glass Layer

실시예 2에서 형성된, 표면이 유리층으로 코팅된 n형 열전 변환 복합재의 일부 표면을 연마(polishing)했다. 도 1은 일부 연마되어 드러난 유리막-소재의 경계를 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰한 결과이다. 도2는 도1에서 표시된 영역을 확장하여 EDX를 통해 원소분석을 진행한 결과이다. A portion of the surface of the n-type thermoelectric conversion composite, which was formed in Example 2 and coated with a glass layer, was polished. 1 is a result of observing a part of the polished glass film-material boundary through an electron microscope (SEM). FIG. 2 shows the results of elemental analysis through EDX by expanding the region shown in FIG. 1.

도 1 및 2를 참고하면, 유리층이 형성된 표면은 유리층이 없는 표면과 음영이 다르게 나타남을 알 수 있다. 음영이 상대적으로 어두운 표면에서는 유리층에서 검출되는 바나듐이 나타나며 상대적으로 높은 산소 비율이 나타난다. 하지만 유리층이 검출되지 않는 오른쪽의 밝은 표면에서는 열전 변환 소재에서 기인된 비스무스의 검출량이 높게 나타난다. 이처럼 열전 변환 소재의 표면을 유리층이 연속적으로 잘 감싸고 있어, 유리층이 양호하게 형성되었음이 확인되었다. 1 and 2, it can be seen that the surface on which the glass layer is formed is different from the surface without the glass layer. On darker shaded surfaces, vanadium is detected in the glass layer, with a relatively high oxygen ratio. However, on the bright surface on the right where the glass layer is not detected, the detection amount of bismuth due to the thermoelectric conversion material is high. Thus, it was confirmed that the glass layer continuously well covered the surface of the thermoelectric conversion material, and that the glass layer was formed satisfactorily.

도 3은 연마하지 않은 실시예 2의 열전 변환 복합재의 모서리를 관찰한 결과이다. 이를 참고하면, 실시예 2의 과정을 통해 30㎛ 두께의 균일한 유리막이 연속적으로 형성되었음을 알 수 있다. 3 is a result of observing the edge of the thermoelectric conversion composite of Example 2 not polished. Referring to this, it can be seen that a uniform glass film having a thickness of 30 μm was continuously formed through the process of Example 2.

실시예 1에서도 상술한 바와 동일한 방법으로 유리층의 균일하고도 양호한 형성을 확인하였다.Also in Example 1, the uniform and favorable formation of the glass layer was confirmed by the same method as mentioned above.

한편, 도 4에는 비교예 4와 같이 Tg 또는 Ts가 상대적으로 높은 유리층이 형성된 열전 변환 복합재의 표면을 광학현미경으로 관찰한 결과를 도시하였다. 도 4를 참고하면, 유리층이 형성된 흑색 표면의 사이 사이로 열전 변환 소재가 비춰 관찰됨(은백색)을 알 수 있다. 이를 통해, Tg 또는 Ts가 지나치게 높은 유리층을 형성할 경우, 열전 변환 소재가 변형 없이 버틸 수 있는 400℃ 이하의 온도에서 유리를 연화시켜 유리층을 형성할 수 없기 때문에, 유리층의 균일화고도 양호한 형성에 의한 열전 변환 소재의 보호가 어려움이 확인되었다. 또, 유리층의 연화(유리층의 형성 및 가공 등)를 위해 온도를 Ts 이상인 500℃로 높일 경우, 도 5와 같이 열전 변환 복합재가 휘어지며 물리적 변형이 나타남을 확인하였다. On the other hand, Figure 4 shows the results of observing the surface of the thermoelectric conversion composite material having a glass layer with a relatively high Tg or Ts as in Comparative Example 4 with an optical microscope. Referring to FIG. 4, it can be seen that a thermoelectric conversion material is observed between the black surfaces on which the glass layer is formed (silver white). As a result, when a glass layer having an excessively high Tg or Ts is formed, the glass layer may not be softened at a temperature of 400 ° C. or lower, which may be maintained without deformation, and thus the glass layer may be uniform. Difficulties in the protection of thermoelectric conversion materials by formation have been identified. In addition, when the temperature is increased to 500 ° C. (Ts or more) for softening the glass layer (forming and processing the glass layer), the thermoelectric conversion composite is bent as shown in FIG.

비교예 3 에서도 상술한 바와 동일한 방법으로 확인한 결과, 비교예 4와 동일하게 유리층이 양호하게 형성되기 어려움이 확인되었고, 열전 변환 복합재의 가공 또는 유리층의 형성 등을 위해 연화점 이상으로 온도 상승시킬 경우, 열전 변환 복합재의 물리적 변형이 확인되었다. In Comparative Example 3, the same method as described above was confirmed, and as in Comparative Example 4, it was confirmed that the glass layer was not formed satisfactorily, and the temperature was increased above the softening point for processing the thermoelectric conversion composite or forming the glass layer. In this case, physical deformation of the thermoelectric conversion composite was confirmed.

시험예 3: 열전 변환 복합재(소재)의 승화 테스트 결과Test Example 3 Sublimation Test Results of Thermoelectric Composites (Materials)

실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4의 각 열전 변환 복합재(또는 열전 변환 소재)를 진공 실링한 후, 각 소재가 담겨있는 유리관을 전기로에 넣고 300℃로 100시간 동안 가열하고, 유리관의 반대편을 전기로의 밖으로 빼내어 각 소재에서 승화된 기체가 상대적으로 차가운 유리관의 반대편에 포집되고, 이를 통해 승화가 지속적으로 진행되도록 했다. After vacuum sealing each thermoelectric conversion composite material (or thermoelectric conversion material) of Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 4, the glass tube containing each material was placed in an electric furnace and heated at 300 ° C. for 100 hours, and the opposite side of the glass tube was The sublimation gas was taken out of the electric furnace so that the sublimed gas from each material was captured on the opposite side of the relatively cold glass tube, which allowed the sublimation to continue.

도 6에는 실시예 1 및 비교예 1의 각 소재에 대한 승화 테스트한 결과를 사진으로 나타내었다. 도 6의 상단 결과는 비교예 1에 대한 승화 테스트의 결과를 나타내는 것으로, 유리층이 형성되지 않음에 따라 유리관의 반대편에 은백색의 승화 고체가 확인되었다. 이를 통해, 비교예 1에서는 열전 변환 소재의 승화 등이 발생함이 확인되었다. 이와 비교하여, 도 6의 하단 결과는 실시예 1에 대한 승화 테스트의 결과를 나타내는 것으로, 유리층이 형성됨에 따라 열전 변환 소재의 승화가 억제되어, 실시예 1에서는 유리층에 의해 열전 변환 소재의 승화 등이 억제됨이 확인되었다. 6 shows the results of the sublimation test for each material of Example 1 and Comparative Example 1 in a photograph. The upper result of FIG. 6 shows the result of the sublimation test for the comparative example 1, and silver-white sublimation solid was confirmed on the opposite side of the glass tube as the glass layer was not formed. As a result, in Comparative Example 1, it was confirmed that sublimation of the thermoelectric conversion material occurred. In comparison, the bottom result of FIG. 6 shows the result of the sublimation test for Example 1, and as the glass layer is formed, sublimation of the thermoelectric conversion material is suppressed, and in Example 1, the thermoelectric conversion material is prevented by the glass layer. It was confirmed that sublimation and the like were suppressed.

도 7은 높은 Tg 및 Ts를 갖는 유리층이 형성된 비교예 3의 소재에 대한 승화 테스트 결과를 나타내는 사진으로서, 상단 사진이 비교예 3에 대한 결과이며, 하단 사진은 비교를 위해 비교예 1의 결과를 함께 나타낸 것이다. 도 7을 참고하면, 비교예 1 및 3 모두에서, 유리관의 반대편에 은백색의 승화 고체가 확인되었다. 이를 통해, 비교예 1뿐 아니라, 비교예 3에서도 열전 변환 소재의 승화 등이 제대로 억제되지 못함이 확인되었다. 7 is a photograph showing the sublimation test results for the material of Comparative Example 3 with a glass layer having a high Tg and Ts, the upper photo is the result for Comparative Example 3, the lower photo is the result of Comparative Example 1 for comparison It is shown together. Referring to FIG. 7, in both Comparative Examples 1 and 3, silver-white sublimation solids were found on the opposite side of the glass tube. Through this, it was confirmed that not only Comparative Example 1 but also Comparative Example 3 did not properly suppress sublimation of the thermoelectric conversion material.

시험예 4: 열전 변환 특성 평가 Test Example 4 Evaluation of Thermoelectric Conversion Characteristics

실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 열전 변환 복합재(소재) 시편에 대하여 제벡계수(S)를 온도 변화에 따라 측정하여 도 8 및 9에 나타내었다. 비교예 1 및 2에 대해서는, 승화 여부에 따른 제벡계수의 차이를 확인하기 위해, 승화테스트 전/후에 각각 제벡계수를 측정하였으며, 실시예 1, 2, 비교예 3 및 4에 대해서는, 승화테스트 후의 제벡계수를 측정하였다. The Seebeck coefficient (S) of the thermoelectric conversion composite (material) specimens prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4 was measured according to temperature changes, and is shown in FIGS. 8 and 9. For Comparative Examples 1 and 2, the Seebeck coefficient was measured before and after the sublimation test, respectively, in order to confirm the difference in Seebeck coefficient according to the sublimation. For Examples 1, 2, Comparative Examples 3 and 4, after the sublimation test Seebeck coefficient was measured.

이러한 제벡계수는 측정 장비 Linseis사 LSR-3을 사용하고, differential voltage/temperature technique을 적용하여 0 내지 200℃의 온도 영역에서 측정되었다. This Seebeck coefficient was measured in a temperature range of 0 to 200 ° C. using a measuring instrument Linseis LSR-3 and applying a differential voltage / temperature technique.

먼저, p형 열전 변환 복합재(소재)인 실시예 1, 비교예 1 및 3 관련 도 8을 참고하면, 실시예 1의 복합재는 승화가 발생하지 않은 상태의 열전 변환 소재인 비교예 1에 비해서도 더욱 우수한 제벡계수를 나타냄이 확인되었다. 이에 비해, 비교예 1의 경우, 승화테스트 후에는 열전 변환 소재의 승화 등에 기인하여 제벡계수가 더욱 저하됨이 확인되었다. 추가로, 비교예 3에서도 유리층의 특성이 적절한 범위를 벗어나 열전 변환 소재의 승화 등이 제대로 억제되지 못함에 따라, 승화테스트 후의 비교예 1에 준하는 열악한 제벡계수를 나타냄이 확인되었다. 이로부터 실시예 1에서, 열전 변환 소재의 승화 등이 억제되고, 우수한 열전 변환 성능이 발현될 수 있음이 확인되었다. First, referring to FIG. 8 related to Examples 1, Comparative Examples 1, and 3, which are p-type thermoelectric conversion composites (materials), the composite of Example 1 is further compared with Comparative Example 1, which is a thermoelectric conversion material without sublimation. It was confirmed to exhibit an excellent Seebeck coefficient. On the contrary, in the case of Comparative Example 1, it was confirmed that the Seebeck coefficient was further lowered due to the sublimation of the thermoelectric conversion material after the sublimation test. In addition, in Comparative Example 3, it was confirmed that the poor Seebeck coefficient according to Comparative Example 1 after the sublimation test was obtained because the sublimation of the thermoelectric conversion material was not properly suppressed because the characteristics of the glass layer were out of an appropriate range. From this, in Example 1, it was confirmed that sublimation of a thermoelectric conversion material, etc. can be suppressed and the outstanding thermoelectric conversion performance can be expressed.

또, n형 열전 변환 복합재(소재)인 실시예 2, 비교예 2 및 4 관련 도 9를 참고하더라도, 실시예 2의 복합재는 승화가 발생하지 않은 상태의 열전 변환 소재인 비교예 2에 준하는 우수한 제벡계수를 나타냄이 확인되었다. 이에 비해, 비교예 2의 경우, 승화테스트 후에는 열전 변환 소재의 승화 등에 기인하여 제벡계수의 절대 값이 저하됨이 확인되었다. 추가로, 비교예 4에서도 유리층의 특성이 적절한 범위를 벗어나 열전 변환 소재의 승화 등이 제대로 억제되지 못함에 따라, 승화테스트 후의 비교예 2에 준하는 낮은 제벡계수 절대 값을 나타냄이 확인되었다. 이로부터 실시예 2에서, 열전 변환 소재의 승화 등이 억제되고, 우수한 열전 변환 성능이 발현될 수 있음이 확인되었다.In addition, referring to Fig. 9 related to Example 2, Comparative Examples 2 and 4, which are n-type thermoelectric conversion composites (materials), the composite of Example 2 is superior to Comparative Example 2, which is a thermoelectric conversion material without sublimation. It was confirmed that the Seebeck coefficient was shown. On the contrary, in the case of Comparative Example 2, it was confirmed that the absolute value of the Seebeck coefficient is lowered due to the sublimation of the thermoelectric conversion material after the sublimation test. In addition, in Comparative Example 4, the glass layer was out of an appropriate range and sublimation of the thermoelectric conversion material was not properly suppressed, and it was confirmed that the absolute Seebeck coefficient absolute value according to Comparative Example 2 after the sublimation test was shown. From this, in Example 2, it was confirmed that sublimation of a thermoelectric conversion material, etc. can be suppressed and the outstanding thermoelectric conversion performance can be expressed.

Claims (15)

Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재;
상기 무기 열전 변환 소재 표면의 적어도 일부에 형성되어 있고, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 유리층(glass layer)을 포함하고,
상기 유리층은 250℃ 내지 300℃의 유리 전이 온도(Tg) 및 300℃ 내지 400℃의 연화점(Ts)을 가지며, 텔루륨 산화물(TeOx)의 35 내지 70중량%를 포함하는 열전 변환 복합재.
Inorganic thermoelectric conversion materials including Te or Se;
Is formed on at least a portion of the surface of the inorganic thermoelectric conversion material, and comprises a glass layer containing tellurium oxide (TeOx),
The glass layer has a glass transition temperature (Tg) of 250 ° C to 300 ° C and a softening point (Ts) of 300 ° C to 400 ° C and comprises 35 to 70% by weight of tellurium oxide (TeOx).
제 1 항에 있어서, 상기 무기 열전 변환 소재는 MnTe계 열전 변환 소재, BiTe계 열전 변환 소재, SbTe계 열전 변환 소재, PbTe계 열전 변환 소재 및 PbSe계 열전 변환 소재로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 열전 변환 소재의 소결체를 포함하는 열전 변환 복합재.
The thermoelectric conversion material of claim 1, wherein the inorganic thermoelectric conversion material is at least one thermoelectric material selected from the group consisting of an MnTe-based thermoelectric conversion material, a BiTe-based thermoelectric conversion material, an SbTe-based thermoelectric conversion material, a PbTe-based thermoelectric conversion material, and a PbSe-based thermoelectric conversion material. A thermoelectric conversion composite comprising a sintered body of a conversion material.
제 1 항에 있어서, 상기 유리층은 125 * 10-7 /℃ 내지 150 * 10-7 /℃의 열 팽창 계수(CTE)를 갖는 열전 변환 복합재.
The thermoelectric conversion composite of claim 1, wherein the glass layer has a coefficient of thermal expansion (CTE) of 125 * 10 -7 / ° C to 150 * 10 -7 / ° C.
제 1 항에 있어서, 상기 유리층은 바나듐 산화물(V2O5)의 25 내지 60 중량%를 더 포함하는 열전 변환 복합재.
The thermoelectric conversion composite of claim 1, wherein the glass layer further comprises 25 to 60 wt% of vanadium oxide (V 2 O 5).
제 4 항에 있어서, 상기 유리층은 BaO, Bi2O3, B2O3, SiO2, ZnO, Al2O3, P2O5, PbO, WO3, CaO 및 Na2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물의 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 열전 변환 복합재.
The group of claim 4, wherein the glass layer is formed of BaO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , P 2 O 5 , PbO, WO 3 , CaO and Na 2 O. Thermoelectric conversion composite further comprising 0.01 to 10% by weight of at least one oxide selected from.
제 1 항에 있어서, 상기 유리층은 10nm 내지 100㎛의 두께로 형성된 열전 변환 복합재.
The thermoelectric conversion composite of claim 1, wherein the glass layer has a thickness of 10 nm to 100 μm.
Te 또는 Se를 포함하는 무기 열전 변환 소재 상에, 텔루륨 산화물(TeOx)을 포함한 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 유리 페이스트 조성물을 형성하는 단계;
상기 무기 열전 변환 소재 상에 도포된 유리 페이스트 조성물을 70 내지 250℃에서 건조하는 단계; 및
상기 유리 페이스트 조성물을 300℃ 이상에서 가열 후 냉각하여 유리층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 글래스 프릿 분말은 텔루륨 산화물(TeOx)의 35 내지 70중량%를 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
Forming a glass paste composition comprising a glass frit powder including tellurium oxide (TeOx), an organic binder, and a solvent on an inorganic thermoelectric conversion material including Te or Se;
Drying the glass paste composition applied on the inorganic thermoelectric conversion material at 70 to 250 ° C .; And
Heating and cooling the glass paste composition at 300 ° C. or higher to form a glass layer,
The glass frit powder comprises 35 to 70% by weight of tellurium oxide (TeOx).
삭제delete 제 7 항에 있어서, 상기 글래스 프릿 분말은 바나듐 산화물(V2O5)의 25 내지 60 중량%를 더 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the glass frit powder further comprises 25 to 60 wt% of vanadium oxide (V 2 O 5).
제 9 항에 있어서, 상기 글래스 프릿 분말은 BaO, Bi2O3, B2O3, SiO2, ZnO, Al2O3, P2O5, PbO, WO3, CaO 및 Na2O로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화물의 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 9, wherein the glass frit powder is composed of BaO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , SiO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , P 2 O 5 , PbO, WO 3 , CaO and Na 2 O Method for producing a thermoelectric conversion composite further comprises 0.01 to 10% by weight of at least one oxide selected from the group.
제 7 항에 있어서, 상기 글래스 프릿 분말은 100nm 내지 10㎛의 입경을 갖는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the glass frit powder has a particle diameter of 100 nm to 10 μm.
제 7 항에 있어서, 상기 유기 바인더는 셀룰로오스계 바인더, 폴리(메트)아크릴계 바인더 또는 폴리비닐계 바인더를 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the organic binder comprises a cellulose binder, a poly (meth) acrylic binder, or a polyvinyl binder.
제 7 항에 있어서, 상기 용매는 알코올계 용매, 아세테이트계 용매, 방향족 탄화수소계 용매 또는 수계 용매를 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the solvent comprises an alcohol solvent, an acetate solvent, an aromatic hydrocarbon solvent, or an aqueous solvent.
제 7 항에 있어서, 상기 유리 페이스트 조성물은 글래스 프릿 분말의 1 내지 50 중량%, 유기 바인더의 5 내지 25 중량% 및 용매의 28 내지 90 중량%를 포함하는 열전 변환 복합재의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein the glass paste composition comprises 1 to 50% by weight of glass frit powder, 5 to 25% by weight of an organic binder and 28 to 90% by weight of a solvent.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 의한 열전 변환 복합재를 포함하는 열전소자.A thermoelectric element comprising the thermoelectric conversion composite according to any one of claims 1 to 6.
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