KR102130825B1 - Thermoelectric module and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102130825B1 KR1020180110434A KR20180110434A KR102130825B1 KR 102130825 B1 KR102130825 B1 KR 102130825B1 KR 1020180110434 A KR1020180110434 A KR 1020180110434A KR 20180110434 A KR20180110434 A KR 20180110434A KR 102130825 B1 KR102130825 B1 KR 102130825B1
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Abstract

본 발명은, 열 안정성 및/또는 전기적 절연성이 향상된 열전 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 열전 모듈은, p형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성된 하나 이상의 p형 열전 레그; n형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성되고, 상기 p형 열전 레그와 이격되게 배치된 하나 이상의 n형 열전 레그; 및 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 상부 및 하부에 배치되어, 양단이 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그에 각각 접합된 복수의 전극을 포함하고, 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그는, 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 형성된다.The present invention discloses a thermoelectric module with improved thermal stability and/or electrical insulation. The thermoelectric module according to the present invention includes at least one p-type thermoelectric leg having a p-type thermoelectric material and configured in an upright direction; at least one n-type thermoelectric leg having an n-type thermoelectric material, configured in a vertically erected shape, and spaced apart from the p-type thermoelectric leg; And a plurality of electrodes disposed on the upper and lower portions of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, wherein both ends are respectively bonded to the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, and the p-type thermoelectric leg and In the n-type thermoelectric leg, a DLC coating layer is formed on at least a part of the side surface.

Description

열전 모듈 및 그 제조 방법{Thermoelectric module and method for manufacturing the same}Thermoelectric module and method for manufacturing the same}

본 발명은 열전 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 모듈의 절연성 및/또는 열 안정성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to thermoelectric technology, and more particularly, to a technique for improving the insulation and/or thermal stability of a thermoelectric module.

고체 상태인 재료의 양단에 온도차가 있으면 열 의존성을 갖는 캐리어(전자 혹은 홀)의 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. 이와 같이 열전 현상은 온도의 차이와 전기 전압 사이의 가역적이고도 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이러한 열전 현상은 온도차에 의해 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있다.If there is a temperature difference between both ends of the solid material, a difference in concentration of a carrier (electron or hole) having thermal dependence occurs, which is represented by an electric phenomenon called thermoelectric power, that is, a thermoelectric phenomenon. Thus, the thermoelectric phenomenon refers to a reversible and direct energy conversion between the temperature difference and the electric voltage. These thermoelectric phenomena can be divided into thermoelectric power generation, which produces electrical energy by a temperature difference, and thermoelectric cooling/heating, which, on the contrary, causes a temperature difference between both ends by supply of electricity.

열전 현상을 보이는 열전 재료, 즉 열전 반도체는 발전과 냉각 과정에서 친환경적이고 지속가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 더욱이, 산업 폐열, 자동차 폐열 등에서 직접 전력을 생산해낼 수 있어 연비 향상이나 CO2 감축 등에 유용한 기술로서, 열전 재료에 대한 관심은 더욱 높아지고 있다.Thermoelectric materials that exhibit thermoelectric phenomena, that is, thermoelectric semiconductors, are environmentally friendly and sustainable in the process of power generation and cooling. Moreover, as it can produce electricity directly from industrial waste heat, automobile waste heat, etc., it is a useful technology for improving fuel efficiency or reducing CO 2, and interest in thermoelectric materials is increasing.

열전 모듈은, 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p형 열전 레그(thermoelectric leg)와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n형 열전 레그로 이루어진 p-n 열전 레그 1쌍이 기본 단위가 될 수 있다. 그리고, 이러한 열전 모듈은, p형 열전 레그와 n형 열전 레그 사이를 연결하는 전극을 구비할 수 있다. In the thermoelectric module, a pair of p-n thermoelectric legs consisting of a p-type thermoelectric leg in which holes move to move thermal energy and an n-type thermoelectric leg in which electrons move to move thermal energy may be a basic unit. In addition, the thermoelectric module may include an electrode connecting between the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg.

그런데, 종래 열전 모듈에 있어 나타나는 문제점 중 하나가 열 안정성의 저하라 할 수 있다. 특히, 열전 모듈이 열전 발전 장치 등에 사용되는 경우, 높은 온도 조건에서 구동될 수 있는데, 열전 모듈에 포함된 재료 중 일부 원소, 이를테면 Te나 Sb가 승화 또는 산화되는 문제가 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 열전 재료의 산화나 승화는 열전 모듈의 성능 저하로 이어질 수 있다.However, one of the problems in the conventional thermoelectric module can be said to be a decrease in thermal stability. Particularly, when the thermoelectric module is used in a thermoelectric power generation device or the like, it may be driven under high temperature conditions, and some elements of materials included in the thermoelectric module, such as Te or Sb, may cause sublimation or oxidation. In addition, oxidation or sublimation of the thermoelectric material may lead to deterioration of the performance of the thermoelectric module.

또한, 이러한 열전 모듈의 경우, 전기적 절연성을 확보할 필요가 있다. 예를 들어, 열전 모듈에 구비된 전극이나 열전 레그는 전기적 절연성이 안정적으로 확보되어야 한다. 특히, 종래 열전 모듈은, 전극의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 전극의 외부에 전기 절연성 재질, 이를테면 알루미나와 같은 세라믹 재질로 구성된 기판을 구비하는 것이 일반적이다. 하지만, 이러한 기판의 경우, 열전 모듈의 부피와 무게를 증가시키는 한편, 제조를 복잡하게 하고, 제조 비용을 증가시키는 등의 문제를 야기할 수 있다.In addition, in the case of such a thermoelectric module, it is necessary to ensure electrical insulation. For example, an electrode or a thermoelectric leg provided in the thermoelectric module must ensure stable electrical insulation. In particular, the conventional thermoelectric module is generally provided with a substrate made of an electrically insulating material, such as a ceramic material such as alumina, to secure the electrical insulation of the electrode. However, in the case of such a substrate, it is possible to increase the volume and weight of the thermoelectric module, complicate manufacturing, and increase the manufacturing cost.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열 안정성 및/또는 전기적 절연성이 향상된 열전 모듈과 그 제조 방법, 그리고 이러한 열전 모듈을 포함하는 열전 발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermoelectric module having improved thermal stability and/or electrical insulation, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric power generation device including the thermoelectric module. .

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 모듈은, p형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성된 하나 이상의 p형 열전 레그; n형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성되고, 상기 p형 열전 레그와 이격되게 배치된 하나 이상의 n형 열전 레그; 및 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 상부 및 하부에 배치되어, 양단이 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그에 각각 접합된 복수의 전극을 포함하고, 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그는, 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 형성된다.Thermoelectric module according to the present invention for achieving the above object is provided with a p-type thermoelectric material, at least one p-type thermoelectric leg configured in a vertically erected form; at least one n-type thermoelectric leg having an n-type thermoelectric material, configured in a vertically erected shape, and spaced apart from the p-type thermoelectric leg; And a plurality of electrodes disposed on the upper and lower portions of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, wherein both ends are respectively bonded to the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, and the p-type thermoelectric leg and In the n-type thermoelectric leg, a DLC coating layer is formed on at least a part of the side surface.

여기서, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 상기 열전 레그와 상기 전극 사이에 개재되어 상기 열전 레그와 상기 전극을 접합시키는 접합층을 더 포함하고, 상기 접합층의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 더 형성될 수 있다.Here, the thermoelectric module according to the present invention further includes a bonding layer interposed between the thermoelectric leg and the electrode to bond the thermoelectric leg and the electrode, and a DLC coating layer is further formed on at least a part of the side surface of the bonding layer. Can be.

또한, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 상기 열전 레그와 상기 접합층 사이에 개재되어 상기 열전 레그와 상기 접합층 사이의 원자 확산을 방지하는 금속화층을 더 포함하고, 상기 금속화층의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 더 형성될 수 있다.In addition, the thermoelectric module according to the present invention further comprises a metallization layer interposed between the thermoelectric leg and the bonding layer to prevent atomic diffusion between the thermoelectric leg and the bonding layer, and at least a portion of a side surface of the metallization layer A DLC coating layer may be further formed.

또한, 상기 전극은, 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 상부에 배치되는 상부 전극 및 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 하부에 배치되는 하부 전극을 구비하고, 상기 상부 전극의 상부 표면 및 상기 하부 전극의 하부 표면은 외부로 노출되되, 노출 표면에 DLC 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, the electrode includes an upper electrode disposed on the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, and a lower electrode disposed on the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, and the upper electrode. The upper surface and the lower surface of the lower electrode are exposed to the outside, and a DLC coating layer may be formed on the exposed surface.

또한, 상기 DLC 코팅층은, 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그의 노출 표면 전체에 형성될 수 있다.Further, the DLC coating layer may be formed on the entire exposed surface of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg.

또한, 상기 DLC 코팅층은, 테트라헤드랄 비정질 카본을 60 atom% 이상, 바람직하게는 80 atom% 이상 포함할 수 있다.In addition, the DLC coating layer, tetrahedral amorphous carbon may include 60 atom% or more, preferably 80 atom% or more.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 발전 장치는, 본 발명에 따른 열전 모듈을 포함할 수 있다.In addition, the thermoelectric power generation device according to the present invention for achieving the above object may include a thermoelectric module according to the present invention.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 모듈 제조 방법은, p형 열전 재료를 구비하는 p형 열전 레그, n형 열전 재료를 구비하는 n형 열전 레그 및 전기 전도성 재질로 구성된 전극을 준비하는 단계; 상기 p형 열전 레그를 상기 전극의 일단에 접합시키고, 상기 n형 열전 레그를 상기 전극의 타단에 접합시키는 단계; 및 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the thermoelectric module manufacturing method according to the present invention for achieving the above object, p-type thermoelectric leg having a p-type thermoelectric material, n-type thermoelectric leg having an n-type thermoelectric material and an electrode composed of an electrically conductive material Preparing; Bonding the p-type thermoelectric leg to one end of the electrode, and bonding the n-type thermoelectric leg to the other end of the electrode; And forming a DLC coating layer on at least a portion of side surfaces of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg.

본 발명의 일 측면에 의하면, 열전 모듈의 전기적 절연성이 향상될 수 있다.According to one aspect of the invention, the electrical insulation of the thermoelectric module can be improved.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 열전 레그의 전기적 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.In particular, according to one embodiment of the present invention, electrical insulation of the thermoelectric leg can be stably secured.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극의 전기적 절연성이 확보될 수 있다. 따라서, 전극의 외측에 전기 절연성 재질의 기판을 별도로 구비할 필요가 없다. 그러므로, 이 경우, 열전 모듈의 부피 및 무게, 제조 비용 및 시간 등이 감소할 수 있고, 제조 공정 및 열전 모듈의 구조가 간소화될 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, electrical insulation of the electrode may be secured. Therefore, there is no need to separately provide a substrate of an electrically insulating material on the outside of the electrode. Therefore, in this case, the volume and weight of the thermoelectric module, manufacturing cost and time, etc. can be reduced, and the manufacturing process and the structure of the thermoelectric module can be simplified.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 열적 안정성이 향상된 열전 모듈이 제공될 수 있다.In addition, according to an aspect of the present invention, a thermoelectric module with improved thermal stability can be provided.

특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 열전 레그의 고온 산화 및/또는 승화(sublimation)가 억제될 수 있다. 따라서, 열전 모듈이 높은 온도에서도 안정적으로 구동되도록 할 수 있다. In particular, according to one embodiment of the present invention, high temperature oxidation and/or sublimation of the thermoelectric leg can be suppressed. Therefore, it is possible to stably drive the thermoelectric module even at a high temperature.

더욱이, 열전 모듈이 열전 발전 장치에 포함된 경우, 열전 모듈은 보다 높은 온도 조건에서 장시간 구동되는 환경에 처할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 열전 모듈이 채용된 열전 발전 장치의 경우, 열전 모듈의 우수한 열 안정성으로 인해, 큰 성능 저하 없이 안정적인 구동이 가능할 수 있다.Moreover, when the thermoelectric module is included in the thermoelectric power generation device, the thermoelectric module may be subjected to an environment driven for a long time at a higher temperature condition. At this time, in the case of a thermoelectric power generation device employing the thermoelectric module according to the present invention, due to the excellent thermal stability of the thermoelectric module, stable driving may be possible without degrading a great performance.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 열전 레그의 경도가 향상될 수 있다.Further, according to one aspect of the present invention, the hardness of the thermoelectric leg may be improved.

이외에, 본 발명의 여러 측면에 의한 다른 효과는 아래에서 설명하도록 한다.In addition, other effects by various aspects of the present invention will be described below.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 A1-A1'선에 대한 정단면도의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 도 1의 A2-A2'선에 대한 상단면도의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 도 7에 도시된 열전 레그 쌍이 다수 포함된 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 10은, 본 발명의 여러 실시예 및 비교예에 따른 열전 레그 쌍의 경도 및 최대사용온도 측정 결과를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은, 본 발명의 다른 여러 실시예 및 비교예에 따른 열전 레그 쌍의 경도 및 최대사용온도 측정 결과를 개략적으로 나타낸 도면이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and the present invention serves to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described below. It should not be interpreted as being limited to.
1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a part of the front cross-sectional view taken along line A1-A1' in FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram showing a part of the top view of the line A2-A2' in FIG. 1.
4 is a view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
8 is a perspective view schematically illustrating a thermoelectric module including a plurality of thermoelectric leg pairs shown in FIG. 7.
9 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
10 is a view schematically showing the results of measuring the hardness and maximum use temperature of a pair of thermoelectric legs according to various examples and comparative examples of the present invention.
11 is a view schematically showing the results of measuring the hardness and maximum use temperature of a pair of thermoelectric legs according to various other examples and comparative examples of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately explains the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in this specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, and thus can replace them at the time of application. It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는 도 1의 A1-A1'선에 대한 정단면도의 일부 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 A2-A2'선에 대한 상단면도의 일부 구성을 나타내는 도면이다. 즉, 도 2 및 도 3은, 도 1의 A1-A1'선 및 A2-A2'선에 대한 단면 구성에서 1쌍의 열전 레그 만을 나타내도록 도시되었다.1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 is a view showing a part of the front sectional view of the line A1-A1' in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing a part of the top view of the line A2-A2' in FIG. That is, FIGS. 2 and 3 are shown to show only a pair of thermoelectric legs in the cross-sectional configuration for lines A1-A1' and A2-A2' in FIG. 1.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 레그(100, 200) 및 전극(300)을 포함한다. 특히, 열전 모듈에는 복수의 열전 레그(100, 200) 및 복수의 전극(300)이 포함될 수 있다. 또한, 열전 레그는 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)를 포함할 수 있다.1 to 3, the thermoelectric module according to the present invention includes thermoelectric legs 100 and 200 and electrodes 300. In particular, the thermoelectric module may include a plurality of thermoelectric legs 100 and 200 and a plurality of electrodes 300. Further, the thermoelectric leg may include a p-type thermoelectric leg 100 and an n-type thermoelectric leg 200.

상기 p형 열전 레그(100)는 p형 열전 재료를 구비하고, n형 열전 레그(200)는 n형 열전 재료를 구비할 수 있다. 특히, p형 열전 레그(100)는 p형 열전 반도체로만 구성되고, n형 열전 레그(200)는 n형 열전 반도체로만 구성될 수 있다.The p-type thermoelectric leg 100 may include a p-type thermoelectric material, and the n-type thermoelectric leg 200 may include an n-type thermoelectric material. In particular, the p-type thermoelectric leg 100 may be composed of only a p-type thermoelectric semiconductor, and the n-type thermoelectric leg 200 may be composed only of an n-type thermoelectric semiconductor.

상기 p형 열전 레그(100) 및 상기 n형 열전 레그(200)에는, 칼코게나이드(chalcogenide)계, 스쿠테루다이트(skutterudite)계, 실리사이드(silicide)계, 클래스레이트(clathrate)계, 하프 휘슬러(Half heusler)계 등 다양한 종류의 열전 재료가 포함될 수 있다. 또한, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)는 동일한 계열의 열전 재료가 사용될 수도 있고, 서로 다른 계열의 열전 재료가 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 열전 모듈의 경우, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 열전 반도체가 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)의 열전 재료로 이용될 수 있다.The p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 include a chalcogenide type, a scutterudite type, a silicide type, a clathrate type, and a half. Various types of thermoelectric materials such as Whistler (Half heusler) may be included. In addition, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may use the same series of thermoelectric materials or different series of thermoelectric materials. In the case of the thermoelectric module according to the present invention, various types of thermoelectric semiconductors known at the time of filing of the present invention can be used as thermoelectric materials of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200.

예를 들어, 상기 p형 열전 레그(100)는, p형 열전 반도체로서, Bi-Sb-Te계 재료, 즉 Bi, Sb 및 Te를 포함하는 열전 재료를 구비할 수 있다. 또한, 상기 n형 열전 레그(200)는, n형 열전 반도체로서, Bi-Te-Se계 재료, 즉 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 재료를 구비할 수 있다. 이 경우, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)는 모두, 칼코게나이드계 재료로 구성된다고 할 수 있다. 이 밖에도, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)에는, CoSb3와 같은 스쿠테루다이트계나 실리사이드계 등 다른 다양한 종류의 열전 재료가 이용될 수 있다.For example, the p-type thermoelectric leg 100 may be a p-type thermoelectric semiconductor, and may include a Bi-Sb-Te-based material, that is, a thermoelectric material including Bi, Sb, and Te. In addition, the n-type thermoelectric leg 200 is an n-type thermoelectric semiconductor, and may include a Bi-Te-Se-based material, that is, a thermoelectric material including Bi, Te, and Se. In this case, it can be said that both the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 are made of a chalcogenide-based material. In addition, various other types of thermoelectric materials such as scoterrudite or silicide based CoSb 3 may be used for the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200.

상기 p형 열전 레그(100) 및 상기 n형 열전 레그(200)는, 각 원료의 혼합 단계, 열처리를 통한 합성 단계 및 소결 단계를 거치는 방식으로 제조될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 열전 레그의 특정 제조 방식에 의해 한정되는 것은 아니다.The p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be manufactured in a manner of passing a mixing step of each raw material, a synthesis step through heat treatment, and a sintering step. However, the present invention is not necessarily limited by the specific manufacturing method of such a thermoelectric leg.

본 발명에 따른 열전 모듈에는, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)가 각각 하나 이상 포함될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 모듈의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 p형 열전 레그(100) 및 다수의 n형 열전 레그(200)가 포함될 수 있다. The thermoelectric module according to the present invention may include one or more p-type thermoelectric legs 100 and n-type thermoelectric legs 200, respectively. In particular, in the case of the thermoelectric module according to the present invention, as shown in FIG. 1, a plurality of p-type thermoelectric legs 100 and a plurality of n-type thermoelectric legs 200 may be included.

상기 p형 열전 레그(100)와 상기 n형 열전 레그(200)는 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 특히, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)는 각각 상하 방향으로 길게 연장된 바(bar) 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 p형 열전 레그와 n형 열전 레그는, 상하 방향으로 세워진 직육면체나 원통 형태로 형성될 수 있다.The p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be configured to be erected in the vertical direction. In particular, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be configured in a bar shape extending in the vertical direction, respectively. For example, the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg may be formed in a rectangular parallelepiped or a cylindrical shape erected in the vertical direction.

또한, 상기 p형 열전 레그(100)와 상기 n형 열전 레그(200)는, 서로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 p형 열전 레그(100)와 상기 n형 열전 레그(200)는, 수평 방향으로 상호 간 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 따라서, p형 열전 레그(100)는 n형 열전 레그(200)와 수평 방향으로 이격되게 배치된다 할 수 있다. 뿐만 아니라, p형 열전 레그(100) 상호 간, 그리고 n형 열전 레그(200) 상호 간도 수평 방향으로 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다. 다만, 열전 모듈 내에서 전기적 흐름 방향을 따라서는 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)는 교호적으로 배열된다고 할 수 있다. 한편, 여기서 수평 방향이란, 열전 레그를 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이라고도 할 수 있다. 예를 들어, 수평 방향은, 도면에서 x-y 평면상의 임의의 방향이라 할 수 있다.In addition, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance. For example, as shown in FIG. 1, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be arranged to be spaced apart from each other in a horizontal direction. Therefore, the p-type thermoelectric leg 100 may be arranged to be spaced apart in the horizontal direction from the n-type thermoelectric leg 200. In addition, the p-type thermoelectric legs 100 and each other and the n-type thermoelectric legs 200 may also be disposed to be spaced apart by a predetermined distance in the horizontal direction. However, it can be said that the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 are alternately arranged along the electrical flow direction in the thermoelectric module. Meanwhile, the horizontal direction may be said to mean a direction parallel to the ground when the thermoelectric legs are placed on the ground, and may also be referred to as at least one direction on a plane perpendicular to the vertical direction. For example, the horizontal direction may be any direction on the x-y plane in the drawing.

이처럼, 열전 레그가 상하 방향(도면의 z축 방향)으로 세워진 형태로 구성될 때, 이러한 열전 레그의 상부와 하부에는 전극(300)이 배치될 수 있다. 즉, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)의 상부 및 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)의 하부에 전극(300)이 연결될 수 있다.As described above, when the thermoelectric legs are configured in a vertically erected direction (z-axis direction of the drawing), electrodes 300 may be disposed on upper and lower portions of the thermoelectric legs. That is, the electrode 300 may be connected to the upper portion of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 and the lower portion of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200.

상기 전극(300)은, 전기 전도성 재질, 특히 금속 재질로 구성될 수 있다. 이를테면, 상기 전극(300)은, Cu, Al, Ni, Au, Ti 등 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전극(300)은 지면에 평행하게 수평 방향으로 눕혀진 판상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극은, 눕혀진 구리판 형태로 구성될 수 있다. The electrode 300 may be made of an electrically conductive material, particularly a metal material. For example, the electrode 300 may include Cu, Al, Ni, Au, Ti, or alloys thereof. In addition, the electrode 300 may be formed in a plate shape lying in a horizontal direction parallel to the ground. For example, the electrode may be configured in the form of a laid copper plate.

특히, 상기 전극(300)은, 양단이 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)에 각각 접합될 수 있다. 그리고, 이처럼 양단에 각각 열전 레그가 용이하게 접합될 수 있도록, 상기 전극(300)은 일방향이 상대적으로 긴 직사각형 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(300)은 좌우 방향으로 길게 연장된 직사각형 플레이트 형태로 형성되어, 좌측 단부에 p형 열전 레그(100)가 접합되고 우측 단부에 n형 열전 레그(200)가 접합될 수 있다.In particular, both ends of the electrode 300 may be bonded to the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, respectively. In addition, the electrodes 300 may be configured in a rectangular plate shape in which one direction is relatively long so that thermoelectric legs can be easily bonded to both ends. For example, the electrode 300 is formed in the form of a rectangular plate extending in the left and right directions, so that the p-type thermoelectric leg 100 is bonded to the left end and the n-type thermoelectric leg 200 is bonded to the right end. have.

상기 전극(300)은, 하나의 열전 모듈에 복수 포함될 수 있다. 특히, 전극(300)은 각 열전 레그의 상부에도 구비되고 각 열전 레그의 하부에도 구비될 수 있다. 이때, 열전 레그의 상부 측에 위치하는 전극(300)을 상부 전극(301)이라 하고, 열전 레그의 하부 측에 위치하는 전극을 하부 전극(302)이라 할 수 있다. 즉, 상기 전극(300)은, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)의 상부에 배치되는 상부 전극(301) 및 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)의 하부에 배치되는 하부 전극(302)을 구비할 수 있다.The electrode 300 may be included in plural in one thermoelectric module. In particular, the electrode 300 may be provided on the top of each thermoelectric leg and also on the bottom of each thermoelectric leg. In this case, the electrode 300 positioned on the upper side of the thermoelectric leg may be referred to as the upper electrode 301, and the electrode positioned on the lower side of the thermoelectric leg may be referred to as a lower electrode 302. That is, the electrode 300 includes an upper electrode 301 and a p-type thermoelectric leg 100 and an n-type thermoelectric leg 200 disposed on the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200. It may be provided with a lower electrode 302 disposed at the bottom of the.

더욱이, 하나의 열전 모듈에서 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 포함되는 경우가 많다. 따라서, 전극(300) 또한 각 열전 레그(100, 200)의 상부와 하부에 각각 구비되어, 열전 모듈에 다수 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 다수의 상부 전극(301) 및 다수의 하부 전극(302)을 포함할 수 있다.Moreover, in one thermoelectric module, a plurality of p-type thermoelectric legs 100 and n-type thermoelectric legs 200 are often included as shown in FIG. 1. Accordingly, the electrodes 300 are also provided on the upper and lower portions of the thermoelectric legs 100 and 200, respectively, and may be included in a plurality of thermoelectric modules. That is, the thermoelectric module according to the present invention may include a plurality of upper electrodes 301 and a plurality of lower electrodes 302.

특히, 본 발명에 따른 열전 모듈에 있어서, 상기 p형 열전 레그(100) 및 상기 n형 열전 레그(200)는 측면의 적어도 일부에 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅층이 형성될 수 있다. In particular, in the thermoelectric module according to the present invention, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may have a diamond-like carbon (DLC) coating layer formed on at least a portion of the side surface.

예를 들어, 도 2의 구성을 참조하면, 상하 방향으로 세워진 형태의 p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)의 측면부(좌측면부, 우측면부)에는, D1으로 표시된 바와 같이, 표면에 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. 더욱이, 열전 레그가 대략 직육면체 형태로 형성될 때, 열전 레그의 수평 방향 단면은, 도 3에 도시된 바와 같이, 사각형 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, DLC 코팅층은, D1으로 표시된 바와 같이, 열전 레그의 4개의 측면, 즉 전면, 후면, 좌측면 및 우측면 모두에 형성될 수 있다.For example, referring to the configuration of FIG. 2, the side portions (left side portion, right side portion) of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 in the vertically erected form, as indicated by D1, A DLC coating layer may be formed on the surface. Moreover, when the thermoelectric legs are formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, the horizontal cross-section of the thermoelectric legs may be formed in a rectangular shape, as shown in FIG. 3. In this case, the DLC coating layer, as indicated by D1, may be formed on all four sides of the thermoelectric leg, that is, the front, rear, left and right sides.

상기 DLC 코팅층은 100nm 내지 10um의 두께로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이러한 DLC 코팅층의 특정 두께로 제한되지 않는다.The DLC coating layer may be formed to a thickness of 100nm to 10um. However, the present invention is not limited to a specific thickness of the DLC coating layer.

이와 같은 DLC 코팅층은, 비결정질의 탄소계 신소재로서 플라즈마 중의 탄소이온이나 활성화된 탄화수소 분자를 전기적으로 가속함으로써, 모재, 즉 열전 레그의 표면에 박막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 DLC 코팅층의 형성 방법은, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 DLC 코팅 기술이 채용될 수 있다.Such a DLC coating layer, as an amorphous carbon-based new material, can be formed in a thin film form on the surface of a base material, that is, a thermoelectric leg by electrically accelerating carbon ions or activated hydrocarbon molecules in plasma. As a method of forming the DLC coating layer, various DLC coating techniques known at the time of filing of the present invention may be employed.

본 발명의 경우, 이처럼 열전 레그의 측면부에 DLC 코팅층이 형성되어 있기 때문에, 열전 레그 자체의 전기적 절연 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 열전 레그 사이에 전기 전도성 물질이 개재된다 하더라도, 열전 레그 사이에 비의도적인 전류 경로가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열전 레그 사이의 간격을 좁혀, 열전 모듈 내의 열전 레그의 비율을 높임으로써, 열전 모듈의 성능이 더욱 향상되도록 할 수 있다.In the case of the present invention, since the DLC coating layer is formed on the side surface of the thermoelectric leg, electrical insulation characteristics of the thermoelectric leg itself may be improved. Therefore, even if an electrically conductive material is interposed between the thermoelectric legs, it is possible to prevent an unintentional current path from being formed between the thermoelectric legs. Moreover, according to this configuration of the present invention, by narrowing the distance between the thermoelectric legs and increasing the ratio of the thermoelectric legs in the thermoelectric module, it is possible to further improve the performance of the thermoelectric module.

뿐만 아니라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, DLC 코팅층으로 인해, 열전 레그의 열적 안정성이 향상될 수 있다. 특히, DLC 코팅층은 열전 레그의 고온 산화 및/또는 승화(sublimation)를 억제함으로써, 열전 레그의 열 안정성을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 열전 모듈은 고온 환경하에서 운용될 수 있는데, 이처럼 열전 레그의 열적 안정성이 향상되면, 보다 안정적인 열전 모듈의 성능이 보장될 수 있다. In addition, according to this configuration of the present invention, due to the DLC coating layer, the thermal stability of the thermoelectric leg may be improved. In particular, the DLC coating layer can improve the thermal stability of the thermoelectric leg by suppressing high temperature oxidation and/or sublimation of the thermoelectric leg. Moreover, the thermoelectric module can be operated under a high temperature environment. If the thermal stability of the thermoelectric leg is improved as described above, the performance of the more stable thermoelectric module can be guaranteed.

특히, 상기 DLC 코팅층(D1)은, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)의 노출 표면 전체에 형성될 수 있다.In particular, the DLC coating layer D1 may be formed on the entire exposed surface of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200.

예를 들어, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)는, 상단부와 하단부가 전극에 의해 덮여질 뿐, 측면부는 모두 노출될 수 있다. 이 경우, DLC 코팅층(D1)은, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)의 측면부 노출된 부분의 표면 전체에 형성될 수 있다. 이를테면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)는, 상면과 하면을 제외한 전방측면, 후방측면, 좌측면 및 우측면 전체에 DLC 코팅층(D1)이 형성될 수 있다. For example, in the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, only the upper and lower portions are covered by the electrodes, and both side portions may be exposed. In this case, the DLC coating layer D1 may be formed on the entire surface of the side exposed portion of the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200. For example, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 have a DLC coating layer (for the entire front side, rear side, left side, and right side except for the top and bottom surfaces). D1) may be formed.

또한, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)는, 원기둥 형태로 형성될 수도 있는데, 이 경우 원기둥의 측면부 전체에 DLC 코팅층(D1)이 형성될 수 있다.In addition, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be formed in a columnar shape, in which case the DLC coating layer D1 may be formed on the entire side of the cylinder.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, DLC 코팅층에 의해 p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200)는 외부로 노출된 부분이 없게 되므로, 열전 레그의 전기적 절연성 및 열 안정성 등이 보다 확실하게 보장될 수 있다.According to this configuration of the present invention, since the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 are not exposed to the outside by the DLC coating layer, the electrical insulation and thermal stability of the thermoelectric leg are more reliably. Can be guaranteed.

한편, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200) 사이는 서로 소정 거리 이격될 수 있으며, 그러한 이격 공간에는 공기 등이 채워질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 경우, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200) 사이에는 DLC 코팅층(D1)과 공기층만이 개재되고, 다른 물질은 개재되지 않도록 구성될 수 있다.Meanwhile, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be spaced apart from each other by a predetermined distance, and air or the like may be filled in the space. That is, in the case of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, between the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, only the DLC coating layer D1 and the air layer are interposed, and other materials are not interposed. Can be configured.

만일, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200) 사이에 고온 측에서 저온 측까지 소정 물질이 채워지면, 열전 모듈의 고온부와 저온부 사이에 온도차가 형성될 때, 채워진 물질로 인해 추가적인 열흐름이 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 열흐름은 열전 모듈의 출력과 효율 특성을 낮출 수 있다. 하지만, 상기 구성과 같이, p형 열전 레그(100)와 n형 열전 레그(200) 사이에 DLC 코팅층과 공기 이외에 다른 물질이 존재하지 않는 경우, 열전 모듈의 출력과 변환 효율 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.If a predetermined material is filled from the high temperature side to the low temperature side between the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, when a temperature difference is formed between the hot and cold portions of the thermoelectric module, additional due to the filled material Heat flow may occur. And, this heat flow can lower the output and efficiency characteristics of the thermoelectric module. However, as in the above configuration, when there is no other material other than the DLC coating layer and air between the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, the output and conversion efficiency characteristics of the thermoelectric module are prevented from deteriorating. can do.

또한 바람직하게는, DLC 코팅층은 전극(300)의 표면에 형성될 수 있다. 더욱이, DLC 코팅층은, 전극(300)에서 외부로 노출되는 부분의 표면에 형성될 수 있다. 즉, 전극(300)의 일부 표면에는 열전 레그(100, 200)가 접합되고, 나머지 부분은 노출될 수 있는데, 이러한 노출 부분의 표면에 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전극(300)에 상부 전극(301)과 하부 전극(302)이 구비될 때, DLC 코팅층은, 도 2에서 D2로 표시된 바와 같이, 상부 전극(301)의 상부 표면 및 하부 전극(302)의 하부 표면에 형성될 수 있다.Also preferably, the DLC coating layer may be formed on the surface of the electrode 300. Moreover, the DLC coating layer may be formed on the surface of the portion exposed from the electrode 300 to the outside. That is, the thermoelectric legs 100 and 200 are bonded to some surfaces of the electrode 300, and the remaining parts may be exposed, and a DLC coating layer may be formed on the surface of the exposed parts. More specifically, when the electrode 300 is provided with the upper electrode 301 and the lower electrode 302, the DLC coating layer, as indicated by D2 in FIG. 2, the upper surface and lower electrode of the upper electrode 301 ( 302) may be formed on the lower surface.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극(300)의 외부 측 표면에 DLC 코팅층(D2)이 형성됨으로써, 전극의 전기 절연성이 향상될 수 있다. 따라서, 열전 레그와 함께 전극까지 전기 절연성이 확보됨으로써, 열전 모듈이 전체적으로 전기적 안정성이 향상되도록 할 수 있다. According to this configuration of the present invention, by forming the DLC coating layer (D2) on the outer side surface of the electrode 300, the electrical insulation of the electrode can be improved. Therefore, electrical insulation is secured to the electrode together with the thermoelectric leg, so that the overall electrical stability of the thermoelectric module can be improved.

더욱이, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극(300)의 외측 표면에 통상적으로 구비되는 전기 절연성 재질의 기판이 구비되지 않도록 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 모듈에서, 상부 전극(301)의 상부 및 하부 전극(302)의 하부에는, 기존의 열전 모듈에서 사용되던 세라믹 등의 재질로 구성된 절연 기판이 구비되지 않고, 상부 전극(301)의 상부 표면 및 하부 전극(302)의 하부 표면은 외부로 노출되도록 구성될 수 있다. 그리고, 상부 전극(301)의 상부 표면과 하부 전극(302)의 하부 표면에는 전체적으로 DLC 코팅층이 형성되어 전기적 절연성이 확보될 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 의하면, 전극의 전기적 절연성은 확보하면서도, 열전 모듈의 부피 및 무게가 줄어들고, 구조 및 제조 공정이 간소화되며, 제조 비용 및 시간이 감소할 수 있다.Moreover, according to this configuration of the present invention, it is possible to prevent the substrate of an electrically insulating material that is normally provided on the outer surface of the electrode 300 from being provided. That is, in the thermoelectric module according to the present invention, the upper and lower electrodes 302 of the upper electrode 301 are not provided with an insulating substrate made of a material such as ceramic used in the conventional thermoelectric module, and the upper electrode ( The upper surface of 301) and the lower surface of lower electrode 302 may be configured to be exposed to the outside. In addition, a DLC coating layer may be formed on the upper surface of the upper electrode 301 and the lower surface of the lower electrode 302 to ensure electrical insulation. Therefore, according to this configuration, while maintaining the electrical insulation of the electrode, the volume and weight of the thermoelectric module is reduced, the structure and manufacturing process is simplified, and the manufacturing cost and time can be reduced.

또한, 상기 전극은, 내측 표면에도 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 D2'로 표시된 바와 같이, 상부 전극(301)의 하부 표면 및 하부 전극(302)의 상부 표면 중 열전 레그가 접합되지 않는 부분에도 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. In addition, the electrode may be formed with a DLC coating layer on the inner surface. For example, as indicated by D2' in FIG. 2, a DLC coating layer may be formed on a portion of the lower surface of the upper electrode 301 and the upper surface of the lower electrode 302 where thermoelectric legs are not bonded.

뿐만 아니라, 상기 전극은, 측면에도 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극은 측면이 외부로 노출될 수 있는데, 도 3에서 D2''으로 표시된 바와 같이, 이러한 각 전극의 측면에도 DLC 코팅층이 형성될 수 있다.In addition, a DLC coating layer may be formed on the side of the electrode. For example, the side surfaces of the electrodes may be exposed to the outside, and as indicated by D2'' in FIG. 3, a DLC coating layer may be formed on the side surfaces of each electrode.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전극의 노출 부분에 전체적으로 DLC 코팅층이 형성됨으로써, 전극의 전기적 절연성을 보다 확실하게 담보할 수 있다. 따라서, 열전 모듈로 전기 전도체가 유입되거나 외부 충격에 의해 전극 간 접촉이 이루어지는 등의 상황이 발생하더라도, 비의도적인 전류 경로가 형성되는 것을 방지할 수 있다.According to this configuration of the present invention, by forming the DLC coating layer as a whole on the exposed portion of the electrode, it is possible to ensure the electrical insulation of the electrode more reliably. Therefore, even when an electric conductor enters the thermoelectric module or an electrode is contacted by an external shock, an unintentional current path can be prevented from being formed.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 접합층(400)을 더 포함할 수 있다.Also preferably, the thermoelectric module according to the present invention may further include a bonding layer 400.

상기 접합층(400)은, 열전 레그와 전극 사이에 개재되어 열전 레그(100, 200)와 전극(300)을 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2의 구성을 참조하면, 상기 접합층(400)은, 각 열전 레그(100, 200)의 상부와 하부에 각각 위치하여, 열전 레그(100, 200)의 상단과 상부 전극(301) 사이, 그리고 열전 레그(100, 200)의 하단과 하부 전극(302) 사이에 개재될 수 있다. 이러한 접합층(400)은, 열전 레그(100, 200)의 상단과 하단이 상부 전극(301)과 하부 전극(302)에 접합되도록 할 수 있다.The bonding layer 400 may be interposed between the thermoelectric leg and the electrode to bond the thermoelectric leg 100, 200 and the electrode 300. For example, referring to the configuration of FIG. 2, the bonding layer 400 is located above and below each of the thermoelectric legs 100 and 200, respectively, and the upper and upper electrodes of the thermoelectric legs 100 and 200 ( 301) and between the lower and lower electrodes 302 of the thermoelectric legs 100, 200. The bonding layer 400 may allow the upper and lower ends of the thermoelectric legs 100 and 200 to be bonded to the upper electrode 301 and the lower electrode 302.

상기 접합층(400)으로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 접합층(400)이 채용될 수 있다. 예를 들어, 상기 접합층(400)은, Sn계 솔더 페이스트나 Pb계 솔더 페이스트와 같은 솔더 페이스트를 이용하여 솔더링된 형태로 구성될 수 있다. 또는, 상기 접합층(400)은, Ag와 같은 금속 페이스트가 소결되는 방식으로 형성될 수 있다. 본 발명은, 이러한 접합층(400)의 구체적인 형성 방식에 의해 한정되지 않는다.As the bonding layer 400, various bonding layers 400 known at the time of filing of the present invention may be employed. For example, the bonding layer 400 may be formed in a soldered form using a solder paste such as Sn-based solder paste or Pb-based solder paste. Alternatively, the bonding layer 400 may be formed in such a way that a metal paste such as Ag is sintered. The present invention is not limited by the specific formation method of the bonding layer 400.

이처럼 접합층(400)이 포함된 구성에 있어서, DLC 코팅층은, 접합층(400)의 측면의 적어도 일부에 형성될 수 있다.In such a configuration in which the bonding layer 400 is included, the DLC coating layer may be formed on at least a part of the side surface of the bonding layer 400.

예를 들어, 접합층(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상면과 하면이 전극이나 열전 레그에 접촉된 형태로 구성되고 측면이 노출된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 접합층(400)의 측면은, D3로 표시된 바와 같이, DLC 코팅층이 형성될 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 2, the bonding layer 400 may be formed in a form in which the upper and lower surfaces are in contact with an electrode or a thermoelectric leg, and a side surface is exposed. In this case, the side surface of the bonding layer 400 may be formed with a DLC coating layer, as indicated by D3.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 접합층(400)에 대해서도 전기적 절연성 및 열적 안정성이 확보 내지 향상될 수 있다. 특히, 솔더링 방식으로 접합층(400)이 형성된 경우, 높은 온도, 이를테면 200℃ 내지 300℃ 이상의 온도에서 접합층이 안정적으로 유지되기 어렵다는 문제가 있다. 하지만, 상기와 같이 접합층(400)의 외측 표면에 DLC 코팅층이 형성된 경우, DLC 코팅층이 열을 일부 차단하여 고온에서 접합층(400)이 보다 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.According to this configuration of the present invention, the electrical insulating properties and thermal stability of the bonding layer 400 can also be secured or improved. In particular, when the bonding layer 400 is formed by a soldering method, there is a problem that the bonding layer is difficult to be stably maintained at a high temperature, such as 200°C to 300°C or higher. However, when the DLC coating layer is formed on the outer surface of the bonding layer 400 as described above, the DLC coating layer partially blocks heat so that the bonding layer 400 can be more stably maintained at a high temperature.

또한, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 금속화층을 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.In addition, the thermoelectric module according to the present invention may further include a metallization layer. This will be described in more detail with reference to FIG. 4.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 예를 들어, 도 4는, 도 1의 A1-A1'선에 대한 정단면의 일부 구성을 나타내는 다른 예라 할 수 있다. 이하에서는, 다른 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하고, 앞선 설명들이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.4 is a view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention. For example, FIG. 4 may be another example showing a partial configuration of the front cross-section with respect to the line A1-A1' of FIG. 1. Hereinafter, parts different from other embodiments will be mainly described, and detailed descriptions of parts where the preceding descriptions may be applied to the same or similar description will be omitted.

도 4를 참조하면, 열전 레그(100, 200)와 접합층(400) 사이에 금속화층(500)이 개재될 수 있다. 상기 금속화층(500)은, 열전 레그와 접합층(400) 사이의 원자 확산을 방지할 수 있다. 여기서, 금속화층(500)은, 금속, 합금 또는 금속 화합물로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속화층(500)은, Ti, Ni, NiP, TiN, Mo, Zr, ZrSb, Cu, Nb, W, MoTi, hastelloy, SUS, INCONEL 및 MONEL 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 금속화층(500)은, 열전 레그와 접합층(400) 사이의 접합력을 강화시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, a metallization layer 500 may be interposed between the thermoelectric legs 100 and 200 and the bonding layer 400. The metallization layer 500 may prevent atomic diffusion between the thermoelectric leg and the bonding layer 400. Here, the metallization layer 500 may be formed of a metal, alloy, or metal compound. For example, the metallization layer 500 may include one or more of Ti, Ni, NiP, TiN, Mo, Zr, ZrSb, Cu, Nb, W, MoTi, hastelloy, SUS, INCONEL, and MONEL. Moreover, the metallization layer 500 may enhance the bonding force between the thermoelectric leg and the bonding layer 400.

이처럼 열전 모듈에 금속화층(500)이 포함된 구성에 있어서, DLC 코팅층은, 금속화층(500)의 측면의 적어도 일부에 형성될 수 있다.In this configuration, the metallization layer 500 is included in the thermoelectric module, and the DLC coating layer may be formed on at least a part of the side surface of the metallization layer 500.

예를 들어, 금속화층(500)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상면과 하면이 열전 레그나 접합층(400)에 접촉된 형태로 구성되고, 측면이 노출된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 금속화층(500)의 측면은, D4로 표시된 바와 같이, DLC 코팅층이 형성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the metallization layer 500 may be formed in a form in which the upper surface and the lower surface are in contact with the thermoelectric leg or the bonding layer 400, and the side surface is exposed. In this case, the side surface of the metallization layer 500 may be formed with a DLC coating layer, as indicated by D4.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열전 모듈에 금속화층(500)이 포함된 경우, 금속화층(500)에 대해서도 전기적 절연성 및 열적 안정성이 확보 내지 향상될 수 있다.According to this configuration of the present invention, when the metallization layer 500 is included in the thermoelectric module, electrical insulation and thermal stability of the metallization layer 500 can be secured or improved.

또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 열전 모듈에서, DLC 코팅층은, 테트라헤드랄 비정질 카본(tetrahedral amorphous carbon; ta-C)을 60% 이상 포함할 수 있다. 더욱이, DLC 코팅층은, ta-C(SP3 카본)를 70% 이상, 특히 80% 이상 포함하는 것이 좋다. 여기서, ta-C의 함량은, DLC 코팅층에 포함된 전체 성분에 대한 ta-C 성분의 함량을 atom%로서 나타낸 값이라 할 수 있다. 또한, DLC 코팅층에는, ta-C 이외에, SP2 카본 및 충전제를 더 포함할 수 있다. 여기서, 충전제에는, 수소, 실리콘, 금속 등이 포함될 수 있다.Also preferably, in the thermoelectric module according to the present invention, the DLC coating layer may include 60% or more of tetrahedral amorphous carbon (ta-C). Moreover, the DLC coating layer preferably contains 70% or more of ta-C (SP3 carbon), and particularly 80% or more. Here, the content of ta-C may be referred to as a value representing the content of ta-C components in terms of atom% for all components included in the DLC coating layer. In addition, the DLC coating layer may further include SP2 carbon and a filler in addition to ta-C. Here, the filler may include hydrogen, silicon, metal, and the like.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, DLC 코팅층의 고온 내구성이 보다 효과적으로 향상될 수 있다. 특히, 상기 구성에 의하면, 대략 450℃에 이르는 고온에서도 DLC 코팅층이 안정적으로 유지될 수 있어, 고온 환경에서 열전 모듈의 성능을 용이하게 확보할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의하면, DLC 코팅층에 의해 열전 모듈, 특히 열전 레그의 경도를 현저하게 향상시킬 수 있다.According to this configuration of the present invention, the high-temperature durability of the DLC coating layer can be improved more effectively. In particular, according to the above configuration, the DLC coating layer can be stably maintained even at a high temperature of approximately 450° C., so that the performance of the thermoelectric module can be easily secured in a high temperature environment. Moreover, according to the said structure, the hardness of a thermoelectric module, especially a thermoelectric leg, can be remarkably improved by a DLC coating layer.

본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 기술을 응용하는 여러 장치에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 열전 발전 장치에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 열전 발전 장치는, 본 발명에 따른 열전 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 열전 모듈의 경우, 전기적 안정성 및 열 안정성이 우수하므로, 이를 이용한 열전 발전 장치는 높은 온도에서도 성능 저하 없이 보다 안전하고 우수한 발전 성능을 낼 수 있다.The thermoelectric module according to the present invention can be applied to various devices that apply thermoelectric technology. In particular, the thermoelectric module according to the present invention can be applied to a thermoelectric power generation device. That is, the thermoelectric power generation device according to the present invention may include a thermoelectric module according to the present invention. In the case of the thermoelectric module according to the present invention, since electrical stability and thermal stability are excellent, a thermoelectric power generation device using the same can produce safer and better power generation performance without deteriorating performance even at a high temperature.

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 예를 들어, 도 5는, 도 2나 도 4의 변형예라 할 수 있다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.5 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention. For example, FIG. 5 can be said to be a modification of FIG. 2 or FIG. 4. This embodiment will also be mainly described in terms of differences from the previous embodiments.

도 5를 참조하면, 열전 레그(100, 200)의 측면 전체에 DLC 코팅층(D1)이 형성되되, 상단부와 하단부의 두께가 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 열전 레그(100, 200)의 측면 상단부에 코팅된 DLC 코팅층(D12)의 두께는, 열전 레그(100, 200)의 측면 하단부에 코팅된 DLC 코팅층(D11)의 두께에 비해, 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도면에서 D11로 표시된 부분의 DLC 코팅층의 두께가 1um인 경우, D12로 표시된 DLC 코팅층의 두께는 2um일 수 있다.Referring to FIG. 5, the DLC coating layer D1 is formed on the entire side surfaces of the thermoelectric legs 100 and 200, and the upper and lower portions may have different thicknesses. For example, as shown in the drawing, the thickness of the DLC coating layer D12 coated on the upper side of the thermoelectric legs 100 and 200 is the DLC coating layer D11 coated on the lower side of the thermoelectric legs 100 and 200. ), it may be formed relatively thick. For example, when the thickness of the DLC coating layer of the portion indicated by D11 in the drawing is 1 μm, the thickness of the DLC coating layer indicated by D12 may be 2 μm.

특히, 열전 레그의 측면에 코팅된 DLC 코팅층은, 고온부 측이 저온부 측에 비해 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 구성과 같이 DLC 코팅층이 형성된 경우, 열전 레그 쌍의 상부 측이 고온부 측이고, 열전 레그 쌍의 하부 측이 저온부 측이라 할 수 있다.In particular, the DLC coating layer coated on the side surface of the thermoelectric leg may have a thicker side than the low temperature portion. For example, when the DLC coating layer is formed as in the configuration of FIG. 5, the upper side of the thermoelectric leg pair may be the high temperature side, and the lower side of the thermoelectric leg pair may be the cold side.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열전 레그의 측면에서 고온부 측에 구비된 DLC 코팅층의 두께가 저온부 측보다 두껍게 형성됨으로써, 열에 의해 열전 레그가 산화 내지 승화되는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.According to this configuration of the present invention, the thickness of the DLC coating layer provided on the side of the high temperature portion on the side of the thermoelectric leg is formed thicker than on the side of the low temperature portion, so that the thermoelectric leg is oxidized or sublimated by heat can be more effectively prevented.

한편, 이와 같이, 열전 레그의 상단부 측과 하단부 측의 DLC 코팅층의 두께를 다르게 구성하는 경우, DLC 코팅층의 두께는, 점차 순차적으로 변화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, DLC 코팅층의 두께는, 열전 레그의 하부에서 상부 측으로 향할수록, 두께가 점차 증가하도록 구성될 수 있다. 다만, 이러한 구성은 일례에 불과할 뿐, 다른 다양한 형태로 DLC 코팅층(D1)의 두께가 변화할 수 있다. 예를 들어, DLC 코팅층(D1)의 두께는, 열전 레그의 하부에서 상부 측으로 향할수록 두께가 계단형으로 변하도록 구성될 수 있다.On the other hand, as described above, when the thickness of the DLC coating layer on the upper end side and the lower end side of the thermoelectric leg is different, the thickness of the DLC coating layer may be configured to gradually change sequentially. For example, as illustrated in FIG. 5, the thickness of the DLC coating layer may be configured such that the thickness increases gradually from the lower portion of the thermoelectric leg toward the upper side. However, this configuration is only an example, and the thickness of the DLC coating layer D1 may be changed in various other forms. For example, the thickness of the DLC coating layer D1 may be configured such that the thickness of the thermoelectric leg changes toward the upper side toward the upper side.

도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이러한 도 6의 구성은, 도 5의 다른 변형예라 할 수 있다. 여기서도 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.6 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention. The configuration of FIG. 6 can be referred to as another modification of FIG. 5. Here, the differences from the previous embodiments will be mainly described.

도 6을 참조하면, 열전 레그(100, 200)의 측면 중, 일부에만 DLC 코팅층(D1)이 형성될 수 있다. 즉, 도 6에서 V로 표시된 바와 같이, 열전 레그의 측면 중 DLC 코팅층(D1)이 형성되지 않은 부분이 존재할 수 있다.Referring to FIG. 6, the DLC coating layer D1 may be formed only partially on the side surfaces of the thermoelectric legs 100 and 200. That is, as indicated by V in FIG. 6, a portion of the side surface of the thermoelectric leg in which the DLC coating layer D1 is not formed may be present.

특히, 이러한 구성에서, DLC 코팅층(D1)은, 열전 레그(100, 200)의 측면 중 고온부 측에 위치하는 것이 좋다. 예를 들어, 고온부가 열전 모듈의 상부 측에 위치할 때, DLC 코팅층(D1)은, 도 6에 도시된 바와 같이 상하 방향 중앙 부분을 기준으로 열전 레그(100, 200)의 상단부 측에 형성되고, 열전 레그(100, 200)의 하단부 측의 적어도 일부에는 DLC 코팅층(D1)이 형성되지 않을 수 있다.In particular, in this configuration, the DLC coating layer D1 is preferably located on the side of the high temperature portion of the side surfaces of the thermoelectric legs 100 and 200. For example, when the high temperature portion is located on the upper side of the thermoelectric module, the DLC coating layer D1 is formed on the upper side of the thermoelectric legs 100 and 200 based on the central portion in the vertical direction as shown in FIG. 6. , DLC coating layer (D1) may not be formed on at least a portion of the lower end side of the thermoelectric legs (100, 200).

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 고온부 측에 DLC 코팅층(D1)이 형성되어, 열에 의한 열전 레그(100, 200)의 산화 내지 승화를 방지하는 한편, 열전 레그(100, 200)에서 DLC 코팅층(D1)이 구비되지 않은 부분(V)을 통해, 열전 모듈의 제조 비용이나 무게, 부피 등을 감소시키거나 다른 구성요소를 위치시키는 것이 용이해질 수 있다.According to this configuration of the present invention, the DLC coating layer (D1) is formed on the high temperature side, preventing oxidation or sublimation of the thermoelectric legs (100, 200) due to heat, while the DLC coating layer (D1) in the thermoelectric legs (100, 200) ) Through the portion (V) is not provided, it may be easy to reduce the manufacturing cost or weight, volume, etc. of the thermoelectric module or to locate other components.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전 모듈의 일부분에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 8은, 도 7에 도시된 열전 레그 쌍이 다수 포함된 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.7 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional configuration of a portion of a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention. And, FIG. 8 is a perspective view schematically showing a thermoelectric module including a plurality of thermoelectric leg pairs shown in FIG. 7.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈은, 수납 케이스(600)를 하나 이상 포함할 수 있다.7 and 8, the thermoelectric module according to the present invention may include one or more storage cases 600.

상기 수납 케이스(600)는, 도 7에서 E로 표시된 바와 같이 내부에 빈 공간이 형성되고, 이러한 빈 공간에 하나 이상의 p형 열전 레그(100)와 하나 이상의 n형 열전 레그(200)의 적어도 일부를 수납하도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 수납 케이스(600)는, 바닥부와 측벽부를 구비하여 이들에 의해 내부 공간이 한정되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 수납 케이스(600)는, 열전 레그(100, 200)의 하부 및 하부 전극(302)을 내부 공간(E)에 수납할 수 있다.In the storage case 600, an empty space is formed inside, as indicated by E in FIG. 7, and at least a part of the at least one p-type thermoelectric leg 100 and the at least one n-type thermoelectric leg 200 are formed in the empty space. It may be configured to receive. In particular, the storage case 600 may be configured to have a bottom portion and a side wall portion, thereby limiting the internal space. In this case, the storage case 600 may store the lower and lower electrodes 302 of the thermoelectric legs 100 and 200 in the interior space E.

더욱이, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 열전 모듈에는 다수의 수납 케이스(600)가 포함될 수 있다. 그리고, 각각의 수납 케이스(600)는, 하나의 p형 열전 레그(100)와 하나의 n형 열전 레그(200), 그리고 이들 열전 레그를 직접 연결하는 하나의 하부 전극(302)을 내부 공간에 수납할 수 있다.Moreover, as shown in FIGS. 7 and 8, the thermoelectric module may include a plurality of storage cases 600. In addition, each storage case 600 has one p-type thermoelectric leg 100, one n-type thermoelectric leg 200, and one lower electrode 302 directly connecting these thermoelectric legs to the interior space. I can receive it.

상기와 같은 구성에 의하면, 수납 케이스(600)에 의해, 열전 레그(100, 200)의 하부와 하부 전극(302)이 외부의 화학적, 물리적 요인으로부터 보호될 수 있다. 또한, 수납 케이스(600)에 의해, 열전 레그(100, 200)와 하부 전극(302) 사이의 접합 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.According to the configuration as described above, the lower and lower electrodes 302 of the thermoelectric legs 100 and 200 may be protected from external chemical and physical factors by the storage case 600. In addition, the bonding state between the thermoelectric legs 100 and 200 and the lower electrode 302 may be more stably maintained by the storage case 600.

더욱이, 상기 구성에서, 열전 레그(100, 200) 및 하부 전극(302)은, 수납 케이스(600)에 밀착 접촉될 수 있다. 그리고, 이와 같이 수납 케이스(600)에 접촉된 부분은, 외부로 노출되지 않을 수 있다. 이러한 구성에서, DLC 코팅층(D1, D2')은, 수납 케이스(600)에 의해 커버되지 않는 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 열전 레그(100, 200)의 측면 하부 및 하부 전극(302)의 하면과 측면은, 수납 케이스(600)에 의해 커버될 수 있다. 그리고, 열전 레그(100, 200)의 측면 상부, 하부 전극(302)의 상면 및 상부 전극(301)의 상면과 하면은 DLC 코팅층(D1, D2, D2', D3)에 의해 코팅될 수 있다. 특히, 도 7 및 도 8에 도시된 구성은, 열전 모듈의 상부 측이 고온부 측이고, 열전 모듈의 하부 측이 저온부 측일 때 보다 유리할 수 있다.Moreover, in the above configuration, the thermoelectric legs 100 and 200 and the lower electrode 302 may be in close contact with the storage case 600. In addition, the portion in contact with the storage case 600 may not be exposed to the outside. In this configuration, the DLC coating layers D1 and D2' may be formed on a portion not covered by the storage case 600. For example, as illustrated in FIGS. 7 and 8, lower and side surfaces of the lower and lower electrodes 302 of the thermoelectric legs 100 and 200 may be covered by the storage case 600. In addition, upper and lower surfaces of the upper and lower surfaces of the lower electrode 302 and upper and lower surfaces of the thermoelectric legs 100 and 200 may be coated by DLC coating layers D1, D2, D2', and D3. In particular, the configuration shown in FIGS. 7 and 8 may be more advantageous when the upper side of the thermoelectric module is the hot side and the lower side of the thermoelectric module is the cold side.

본 발명의 이러한 구성에 의하면, 열전 모듈에서 고온부 측은 DLC 코팅층에 의해 열 안정성이 확보되고, 저온부 측은 수납 케이스(600)에 의해 열전 모듈의 기계적 안정성이 확보되도록 할 수 있다. 따라서, 수납 케이스(600)는, 전기적으로 절연성을 갖는 재질이되, 기계적 강성 확보에 유리한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 수납 케이스(600)는, PC(PolyCarbonate), PP(PolyPropylene), 실리콘(silicone) 등의 재질을 포함할 수 있다. 또는, 상기 수납 케이스(600)는, 세라믹 재질로 구성될 수 있다.According to this configuration of the present invention, in the thermoelectric module, the high temperature side may secure thermal stability by the DLC coating layer, and the low temperature side may secure mechanical stability of the thermoelectric module by the storage case 600. Accordingly, the storage case 600 is made of an electrically insulating material, and may be made of a material that is advantageous for securing mechanical rigidity. For example, the storage case 600 may include materials such as PC (PolyCarbonate), PP (PolyPropylene), and silicon. Alternatively, the storage case 600 may be made of a ceramic material.

도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.9 is a flowchart schematically showing a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈 제조 방법은, 열전 레그와 전극 준비 단계(S110), 열전 레그와 전극의 접합 단계(S120) 및 DLC 코팅층 형성 단계(S130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, a method for manufacturing a thermoelectric module according to the present invention may include a thermoelectric leg and electrode preparation step (S110), a thermoelectric leg and electrode bonding step (S120) and a DLC coating layer forming step (S130).

상기 S110 단계에서는, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)가 준비될 수 있다. In step S110, the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200 may be prepared.

여기서, 열전 레그는, 원료 혼합 공정, 열처리 합성 공정 및 소결 공정 등을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들어, 열전 레그는, 원료 성분을 칭량 및 혼합하고, 400℃ 내지 800℃의 온도에서 10시간 내지 15시간 동안 열처리 합성한 후, 30MPa 내지 200MPa의 압력 조건하에서 300℃ 내지 500℃의 온도로 가압 소결되는 과정을 거치는 방식으로 제조될 수 있다. Here, the thermoelectric leg may be manufactured through a raw material mixing process, a heat treatment synthesis process, and a sintering process. For example, the thermoelectric leg weighs and mixes the raw material components, synthesizes heat treatment for 10 hours to 15 hours at a temperature of 400°C to 800°C, and then at a temperature of 300°C to 500°C under a pressure condition of 30 MPa to 200 MPa. It may be manufactured in a manner that undergoes a process of pressure sintering.

또한, 상기 S110 단계에서는, 전극이 준비될 수 있다. 예를 들어, 상기 S110 단계는, 전극으로서 직사각형 형태의 금속판이 준비되도록 할 수 있다. In addition, in step S110, an electrode may be prepared. For example, in step S110, a rectangular metal plate may be prepared as an electrode.

다만, 본 발명은 이러한 열전 레그와 전극 준비 단계를 특정한 방식으로 한정하지 않는다. 즉, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 열전 레그와 전극 준비 기술이 본 발명의 상기 S110 단계에 채용될 수 있다.However, the present invention does not limit the thermoelectric leg and electrode preparation steps in a specific manner. That is, various thermoelectric leg and electrode preparation techniques known at the time of filing of the present invention can be employed in the step S110 of the present invention.

상기 S120 단계에서는, S110 단계에서 준비된 열전 레그와 전극이 서로 접합될 수 있다. 특히, 상기 열전 레그는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 직육면체와 같은 벌크 형태로 가공될 수 있으며, 상단과 하단에 각각 전극이 접합될 수 있다. 이때, 벌크 형태의 열전 소자와 전극의 접합은 소결과 같은 열처리나 솔더링 등 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이러한 접합 방식의 구체적인 실시예에 한정되는 것은 아니다.In step S120, the thermoelectric leg prepared in step S110 and the electrode may be bonded to each other. In particular, the thermoelectric leg, as shown in Figures 1 to 3, may be processed into a bulk shape such as a cuboid, and electrodes may be bonded to the top and bottom, respectively. At this time, the bonding of the bulk type thermoelectric element and the electrode may be performed in various ways such as heat treatment or soldering such as sintering, and the present invention is not limited to specific embodiments of such a bonding method.

상기 S130 단계에서는, 열전 레그의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 형성될 수 있다. 특히, p형 열전 레그(100) 및 n형 열전 레그(200)는, 측면 부분이 외부로 노출될 수 있는데, 이러한 측면 부분 전체에 DLC가 코팅될 수 있다. In the step S130, a DLC coating layer may be formed on at least a part of the side surface of the thermoelectric leg. Particularly, in the p-type thermoelectric leg 100 and the n-type thermoelectric leg 200, the side portion may be exposed to the outside, and DLC may be coated on the entire side portion.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, examples and comparative examples will be described in detail to more specifically describe the present invention. However, the embodiment according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited to the above-described embodiment. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1Example 1

Cu 전극, BiTeSe계 n형 열전 레그 및 BiSbTe계 p형 열전 레그를 준비하고, Ag를 이용하여 열전 레그와 전극 사이의 접합층을 형성하였다. 그리고, 이러한 열전 레그, 전극 및 접합층의 외면에, 플라즈마 CVD 방식으로 DLC 코팅층을 1um 두께로 형성하여, 실시예 1의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 예를 들어, 실시예 1은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 제작되었다고 할 수 있다. 이때, DLC 코팅층에는, ta-C, SP2 카본 및 충전재(수소, 실리콘)가 포함되도록 하였다. 여기서, DLC 코팅층의 전체 성분에 대한 ta-C의 함량은 50 atom%, SP2 카본의 함량은 49 atom%, 충전재는 1 atom%가 되도록 하였다.Cu electrodes, BiTeSe-based n-type thermoelectric legs and BiSbTe-based p-type thermoelectric legs were prepared, and Ag was used to form a bonding layer between the thermoelectric legs and the electrodes. Then, on the outer surfaces of these thermoelectric legs, electrodes, and bonding layers, a DLC coating layer was formed to a thickness of 1 μm by plasma CVD to produce a pair of thermoelectric legs of Example 1. For example, it can be said that Example 1 was manufactured in the form as shown in FIGS. 2 and 3. At this time, the DLC coating layer was made to include ta-C, SP2 carbon, and fillers (hydrogen, silicon). Here, the content of ta-C for all components of the DLC coating layer was 50 atom%, the content of SP2 carbon was 49 atom%, and the filler was 1 atom%.

실시예 2Example 2

DLC 코팅층의 성분을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 재질 및 크기로 실시예 2의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, 실시예 2의 열전 레그 쌍에도 DLC 코팅층을 실시예 1과 동일한 면적 및 두께로 마련하되, 실시예 2의 DLC 코팅층은, 실시예 1의 DLC 코팅층과 ta-C 및 SP2 카본의 함량이 달라지도록 구성되었다. 보다 구체적으로, 실시예 2의 열전 레그 쌍에 코팅된 DLC 코팅층에는, ta-C 함량이 60 atom%가 되도록 하고, SP2 카본 함량이 실시예 1에 비해 10 atom%만큼 줄어들도록 하였다.Except for the components of the DLC coating layer, the thermoelectric leg pair of Example 2 was produced in the same material and size as Example 1. That is, the DLC coating layer is also provided in the thermoelectric leg pair of Example 2 in the same area and thickness as in Example 1, but the DLC coating layer of Example 2 has a different content of ta-C and SP2 carbon from the DLC coating layer of Example 1 It is configured to be. More specifically, in the DLC coating layer coated on the thermoelectric leg pair of Example 2, the ta-C content was set to 60 atom%, and the SP2 carbon content was reduced by 10 atom% compared to Example 1.

실시예 3Example 3

DLC 코팅층의 성분을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 재질 및 크기로 실시예 3의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, 실시예 3의 열전 레그 쌍에도 DLC 코팅층을 실시예 1과 동일한 면적 및 두께로 마련하되, 실시예 3의 DLC 코팅층은, 실시예 1의 DLC 코팅층과 ta-C 및 SP2 카본의 함량이 달라지도록 구성되었다. 보다 구체적으로, 실시예 3의 열전 레그 쌍에 코팅된 DLC 코팅층에는, ta-C 함량이 80 atom%가 되도록 하고, SP2 카본 함량이 실시예 1에 비해 30 atom%만큼 줄어들도록 하였다.Except for the components of the DLC coating layer, the thermoelectric leg pair of Example 3 was produced with the same material and size as Example 1. That is, the DLC coating layer of the thermoelectric leg pair of Example 3 is also provided with the same area and thickness as in Example 1, but the DLC coating layer of Example 3 has a different content of ta-C and SP2 carbon from the DLC coating layer of Example 1 It is configured to be. More specifically, in the DLC coating layer coated on the thermoelectric leg pair of Example 3, the ta-C content was set to 80 atom%, and the SP2 carbon content was reduced by 30 atom% compared to Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

DLC 코팅층이 구비되지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 재질 및 크기로 비교예 1의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, 본 비교예 1에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 실시예 1의 열전 레그 쌍과 동일한 형태 및 재질로 전극, 열전 레그 및 접합층이 구성되도록 하였다. 예를 들어, 비교예 1의 열전 레그 쌍은, 도 2 및 도 3의 구성에서 DLC 코팅층이 제거된 형태로 구성되었다고 할 수 있다.A thermoelectric leg pair of Comparative Example 1 was manufactured in the same material and size as Example 1, except that the DLC coating layer was not provided. That is, in the case of the thermoelectric leg pair according to Comparative Example 1, the electrode, thermoelectric leg, and bonding layer were formed in the same shape and material as the thermoelectric leg pair of Example 1. For example, it can be said that the pair of thermoelectric legs of Comparative Example 1 was configured in a form in which the DLC coating layer was removed in the configurations of FIGS. 2 and 3.

그리고, 상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1의 열전 레그 쌍에 대하여, 경도 및 최대사용온도를 측정하고, 대략적인 결과값을 도 10에 기재하였다.Then, for the thermoelectric leg pairs of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, hardness and maximum use temperature were measured, and approximate results are shown in FIG. 10.

여기서, 각 시료의 경도는, n형 열전 레그에 대하여 micro hardness tester(SHIMADZU)를 사용하여 하중을 인가하면서 측정되었다(비커스 경도). 그리고, 각 시료의 최대사용온도는, box furnace(Thermo Fisher Scientific)를 사용하여 열전 레그 쌍에 열을 인가하면서, n형 또는 p형 열전 레그의 산화가 시작되는 온도를 확인하는 방식으로 측정되었다. 이때, 열전 레그의 산화가 시작되는 온도는, EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 검출기(PHILIPS)를 통해 열전 레그에서 oxide의 발생이 확인되기 시작한 개략적인 온도를 기재하였다.Here, the hardness of each sample was measured while applying a load to the n-type thermoelectric leg using a micro hardness tester (SHIMADZU) (Vickers hardness). In addition, the maximum operating temperature of each sample was measured by applying heat to a pair of thermoelectric legs using a box furnace (Thermo Fisher Scientific), and confirming the temperature at which oxidation of the n-type or p-type thermoelectric legs began. At this time, the temperature at which the oxidation of the thermoelectric leg began, the outline temperature at which the generation of oxide in the thermoelectric leg was confirmed through the EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) detector (PHILIPS) was described.

먼저, 도 10의 경도 측정 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 비교예 1의 열전 레그 쌍에 비해, 경도가 크게 향상됨을 알 수 있다. 보다 구체적으로, DLC 코팅층이 형성되지 않은 비교예 1의 경우, 경도가 200HV에 불과한 반면, DLC 코팅층이 형성된 실시예 1 내지 3의 경우, 경도가 1000HV~4000HV로서 비교예 1에 비해 매우 높게 나타남이 확인되었다. 특히, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 60%인 실시예 2의 경우, DLC 코팅층이 형성되지 않은 비교예 1에 비해서는 경도가 대략 7.5배 향상된 것으로 나타났으며, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 50%인 실시예 1에 비해서도 경도가 약 1.5배 향상된 것으로 나타났다. 더욱이, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80%인 실시예 3의 경우, 비교예 1에 비해 경도가 약 20배 향상되었고, 실시예 1 및 실시예 2에 비해서도 각각 경도가 대략 4배 및 2.67배 향상되었다.First, referring to the hardness measurement results of FIG. 10, it can be seen that in the case of the thermoelectric leg pairs according to Examples 1 to 3 of the present invention, the hardness is greatly improved compared to the thermoelectric leg pairs of Comparative Example 1. More specifically, in the case of Comparative Example 1 in which the DLC coating layer was not formed, the hardness was only 200 HV, whereas in Examples 1 to 3 in which the DLC coating layer was formed, the hardness was 1000HV to 4000HV, which was very high compared to Comparative Example 1. Was confirmed. In particular, in the case of Example 2 in which the ta-C content of the DLC coating layer was 60%, the hardness was improved by approximately 7.5 times compared to Comparative Example 1 in which the DLC coating layer was not formed, and the ta-C content of the DLC coating layer was improved. It was found that the hardness was improved by about 1.5 times compared to Example 1, which is 50%. Moreover, in the case of Example 3 in which the ta-C content of the DLC coating layer was 80%, the hardness was improved about 20 times compared to Comparative Example 1, and the hardness was approximately 4 times and 2.67 times, respectively, compared to Example 1 and Example 2, respectively. Improved.

다음으로, 도 10의 최대사용온도 측정 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 비교예 1의 열전 레그 쌍에 비해, 열전 레그에 산화가 발생되기 시작하는 온도가 높다는 것을 알 수 있다. 특히, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80%인 실시예 3의 경우, 산화가 발생되기 시작하는 온도가 대략 450℃로서, 비교예 1의 250℃에 비해, 대략 200℃ 이상 높게 측정되었다. 따라서, 실시예 3과 같이, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80% 이상일 경우, 열전 레그의 산화 억제력이 크게 향상됨을 알 수 있다.Next, referring to the measurement results of the maximum use temperature of FIG. 10, in the case of the thermoelectric leg pairs according to Examples 1 to 3 of the present invention, compared to the thermoelectric leg pairs of Comparative Example 1, oxidation of the thermoelectric legs begins to occur. It can be seen that the temperature is high. Particularly, in the case of Example 3, in which the ta-C content of the DLC coating layer was 80%, the temperature at which oxidation began to occur was approximately 450° C., which was higher than that of Comparative Example 1 by 250° C. and was approximately 200° C. or higher. Therefore, as in Example 3, it can be seen that when the ta-C content of the DLC coating layer is 80% or more, the oxidation inhibitory power of the thermoelectric leg is greatly improved.

한편, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 시료와 달리, p형 및 n형 열전 레그를 CoSb3계(SKD계)로 구성한 열전 레그 쌍을 제작하고, 경도 및 최대사용온도를 측정하였다.On the other hand, unlike the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, p-type and n-type thermoelectric legs were constructed of CoSb 3 based (SKD based) thermoelectric leg pairs, and hardness and maximum use temperature were measured.

실시예 4Example 4

n형 및 p형 열전 레그를 CoSb3계로 구성하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 구성의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, CoSb3계 n형 열전 레그 및 CoSb3계 p형 열전 레그를 준비하고, Ag를 이용하여 열전 레그와 전극 사이의 접합층을 형성하였다. 그리고, 이러한 열전 레그, 전극 및 접합층의 외면에, 플라즈마 CVD 방식으로 DLC 코팅층을 1um 두께로 형성하여, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 형태로, 실시예 4의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 이때, DLC 코팅층에는, ta-C, SP2 카본 및 충전재(수소, 실리콘)가 포함되도록 하였다. 여기서, DLC 코팅층의 전체 성분에 대한 ta-C의 함량은 60 atom%, SP2 카본의 함량은 39 atom%, 충전재는 1 atom%가 되도록 하였다.Except that the n-type and p-type thermoelectric legs were composed of CoSb 3 system, a thermoelectric leg pair having the same configuration as in Example 2 was produced. That is, CoSb 3- based n-type thermoelectric legs and CoSb 3- based p-type thermoelectric legs were prepared, and Ag was used to form a bonding layer between the thermoelectric legs and the electrodes. Then, on the outer surfaces of these thermoelectric legs, electrodes, and bonding layers, a DLC coating layer was formed to a thickness of 1 μm by plasma CVD to produce a pair of thermoelectric legs of Example 4 in the form shown in FIGS. 2 and 3. . At this time, the DLC coating layer was made to include ta-C, SP2 carbon, and fillers (hydrogen, silicon). Here, the content of ta-C for all components of the DLC coating layer was 60 atom%, the content of SP2 carbon was 39 atom%, and the filler was 1 atom%.

실시예 5Example 5

DLC 코팅층의 성분을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일한 재질 및 크기로 실시예 2의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, 실시예 5의 열전 레그 쌍에도 DLC 코팅층을 실시예 4와 동일한 면적 및 두께로 마련하되, 실시예 5의 DLC 코팅층은, 실시예 4의 DLC 코팅층과 ta-C 및 SP2 카본의 함량이 달라지도록 구성되었다. 보다 구체적으로, 실시예 5의 열전 레그 쌍에 코팅된 DLC 코팅층에는, ta-C 함량이 80 atom%가 되도록 하고, SP2 카본 함량이 실시예 4에 비해 10 atom%만큼 줄어들도록 하였다.Except for the components of the DLC coating layer, the thermoelectric leg pair of Example 2 was produced in the same material and size as in Example 4. That is, the DLC coating layer in the thermoelectric leg pair of Example 5 is also provided with the same area and thickness as in Example 4, but the DLC coating layer of Example 5 has a different content of ta-C and SP2 carbon from the DLC coating layer of Example 4 It is configured to be. More specifically, in the DLC coating layer coated on the thermoelectric leg pair of Example 5, the ta-C content was set to 80 atom%, and the SP2 carbon content was reduced by 10 atom% compared to Example 4.

비교예 2Comparative Example 2

DLC 코팅층이 구비되지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 4와 동일한 재질 및 크기로 비교예 2의 열전 레그 쌍을 제작하였다. 즉, 본 비교예 2에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 실시예 4의 열전 레그 쌍과 동일한 형태 및 재질로 전극, 열전 레그(SKD계) 및 접합층이 구성되도록 하였다. 이 경우, 비교예 2의 열전 레그 쌍은, 도 2 및 도 3의 구성에서 DLC 코팅층이 제거된 형태로 구성되었다고 할 수 있다.A thermoelectric leg pair of Comparative Example 2 was produced in the same material and size as in Example 4, except that the DLC coating layer was not provided. That is, in the case of the thermoelectric leg pair according to Comparative Example 2, electrodes, thermoelectric legs (SKD system) and a bonding layer were formed in the same shape and material as the thermoelectric leg pairs of Example 4. In this case, it can be said that the pair of thermoelectric legs of Comparative Example 2 was configured in a form in which the DLC coating layer was removed in the configurations of FIGS. 2 and 3.

그리고, 상기 실시예 4 및 5, 비교예 2의 열전 레그 쌍에 대하여, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서와 동일한 방식으로, 경도 및 최대사용온도를 측정하고, 대략적인 결과값을 도 11에 기재하였다.Then, for the thermoelectric leg pairs of Examples 4 and 5 and Comparative Example 2, in the same manner as in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, hardness and maximum use temperature were measured, and approximate results were plotted. 11.

먼저, 도 11의 경도 측정 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 4 및 5에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 비교예 2의 열전 레그 쌍에 비해, 경도가 크게 향상됨을 알 수 있다. 보다 구체적으로, DLC 코팅층이 형성되지 않은 비교예 2의 경우, 경도가 600HV에 불과한 반면, DLC 코팅층이 형성된 실시예 4 및 5의 경우, 경도가 1500HV~4000HV로서 비교예 2에 비해 매우 높게 나타남이 확인되었다. 보다 구체적으로, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 60%인 실시예 4의 경우, DLC 코팅층이 형성되지 않은 비교예 2에 비해 경도가 대략 2.5배 향상된 것으로 나타났다. 더욱이, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80%인 실시예 5의 경우, 비교예 2에 비해 경도가 대략 6.7배 향상된 것으로 측정되었다.First, referring to the hardness measurement results of FIG. 11, it can be seen that in the case of the thermoelectric leg pairs according to Examples 4 and 5 of the present invention, the hardness is greatly improved compared to the thermoelectric leg pairs of Comparative Example 2. More specifically, in the case of Comparative Example 2 in which the DLC coating layer was not formed, the hardness was only 600 HV, whereas in Examples 4 and 5 in which the DLC coating layer was formed, the hardness was 1500HV to 4000HV, which was very high compared to Comparative Example 2. Was confirmed. More specifically, in the case of Example 4 in which the ta-C content of the DLC coating layer was 60%, the hardness of the DLC coating layer was improved by about 2.5 times compared to Comparative Example 2 in which no DLC coating layer was formed. Moreover, in the case of Example 5 in which the ta-C content of the DLC coating layer was 80%, the hardness was measured to be improved by approximately 6.7 times compared to Comparative Example 2.

다음으로, 도 11의 최대사용온도 측정 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 비교예 1의 열전 레그 쌍과 큰 차이를 나타내지 않는 것으로 측정되었다. 이는, 스쿠터루다이트계 열전 재료의 경우, BiTe계 열전 재료에 비해 열안정성이 높기 때문인 것으로 이해될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예 5에 따른 열전 레그 쌍의 경우, 비교예 1의 열전 레그 쌍에 비해, 열전 레그에 산화가 발생되기 시작하는 온도가 현저하게 높다는 것을 알 수 있다. 즉, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80%인 실시예 5의 경우, 산화가 발생되기 시작하는 온도가 대략 450℃로서, 비교예 2의 300℃에 비해, 대략 150℃ 이상 높게 측정되었다. 따라서, 실시예 5와 같이, DLC 코팅층의 ta-C 함량이 80% 이상일 경우, 열전 레그의 산화 억제력이 크게 향상된다고 할 수 있다.Next, referring to the measurement results of the maximum use temperature of FIG. 11, in the case of the thermoelectric leg pair according to Example 4 of the present invention, it was determined that the thermoelectric leg pair of Comparative Example 1 does not show a significant difference. This may be understood that the scooter rudite-based thermoelectric material has higher thermal stability than the BiTe-based thermoelectric material. However, in the case of the thermoelectric leg pair according to Example 5 of the present invention, it can be seen that, compared to the thermoelectric leg pair of Comparative Example 1, the temperature at which oxidation starts to occur in the thermoelectric leg is significantly higher. That is, in the case of Example 5 in which the ta-C content of the DLC coating layer was 80%, the temperature at which oxidation began to occur was approximately 450° C., and was measured to be approximately 150° C. or higher compared to 300° C. of Comparative Example 2. Therefore, as in Example 5, when the ta-C content of the DLC coating layer is 80% or more, it can be said that the oxidation inhibiting power of the thermoelectric leg is greatly improved.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by a limited number of embodiments and drawings, the present invention is not limited by this, and the technical idea of the present invention and the following will be described by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the equivalent scope of the claims to be described.

100: p형 열전 레그
200: n형 열전 레그
300: 전극
301: 상부 전극, 302: 하부 전극
400: 접합층
500: 금속화층
600: 수납 케이스100: p-type thermoelectric leg
200: n-type thermoelectric leg
300: electrode
301: upper electrode, 302: lower electrode
400: bonding layer
500: metallization layer
600: storage case

Claims (8)

p형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성된 하나 이상의 p형 열전 레그;
n형 열전 재료를 구비하며, 상하 방향으로 세워진 형태로 구성되고, 상기 p형 열전 레그와 이격되게 배치된 하나 이상의 n형 열전 레그; 및
상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 상부 및 하부에 배치되어, 양단이 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그에 각각 접합된 복수의 전극
을 포함하고,
상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그 사이의 이격 공간에는 공기층이 개재되며,
상기 p형 열전 레그는 적어도 상기 n형 열전 레그와 대면하는 측면에 DLC 코팅층이 형성되고, 상기 n형 열전 레그는 적어도 상기 p형 열전 레그와 대면하는 측면에 DLC 코팅층이 형성되며,
상기 전극은, 내측 표면 중 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그가 접합되지 않는 부분에 DLC 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.at least one p-type thermoelectric leg having a p-type thermoelectric material and configured in a vertically erected shape;
at least one n-type thermoelectric leg having an n-type thermoelectric material, configured in a vertically erected shape, and spaced apart from the p-type thermoelectric leg; And
A plurality of electrodes disposed on the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg above and below, and both ends thereof are respectively bonded to the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg.
Including,
An air layer is interposed in a space between the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg,
The p-type thermoelectric leg is formed with a DLC coating layer on at least the side facing the n-type thermoelectric leg, and the n-type thermoelectric leg is formed with a DLC coating layer on at least the side facing the p-type thermoelectric leg,
The electrode is a thermoelectric module, characterized in that the DLC coating layer is formed on the inner surface of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg is not bonded. 제1항에 있어서,
상기 열전 레그와 상기 전극 사이에 개재되어 상기 열전 레그와 상기 전극을 접합시키는 접합층을 더 포함하고,
상기 접합층의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.According to claim 1,
Further comprising a bonding layer interposed between the thermoelectric leg and the electrode to bond the thermoelectric leg and the electrode,
A thermoelectric module characterized in that a DLC coating layer is further formed on at least a part of the side surface of the bonding layer. 제2항에 있어서,
상기 열전 레그와 상기 접합층 사이에 개재되어 상기 열전 레그와 상기 접합층 사이의 원자 확산을 방지하는 금속화층을 더 포함하고,
상기 금속화층의 측면의 적어도 일부에 DLC 코팅층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.According to claim 2,
Further comprising a metallization layer interposed between the thermoelectric leg and the bonding layer to prevent atomic diffusion between the thermoelectric leg and the bonding layer,
A thermoelectric module characterized in that a DLC coating layer is further formed on at least a part of the side surface of the metallization layer. 제1항에 있어서,
상기 전극은, 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 상부에 배치되는 상부 전극 및 상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그의 하부에 배치되는 하부 전극을 구비하고,
상기 상부 전극의 상부 표면 및 상기 하부 전극의 하부 표면은 외부로 노출되되, 노출 표면에 DLC 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.According to claim 1,
The electrode includes an upper electrode disposed on the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg, and a lower electrode disposed on the p-type thermoelectric leg and the lower portion of the n-type thermoelectric leg,
A thermoelectric module, wherein the upper surface of the upper electrode and the lower surface of the lower electrode are exposed to the outside, and a DLC coating layer is formed on the exposed surface. 제1항에 있어서,
상기 DLC 코팅층은, 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그의 노출 표면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 열전 모듈.According to claim 1,
The DLC coating layer, the thermoelectric module, characterized in that formed on the exposed surface of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg. 제1항에 있어서,
상기 DLC 코팅층은, 테트라헤드랄 비정질 카본을 60 atom% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.According to claim 1,
The DLC coating layer, the thermoelectric module, characterized in that it comprises at least 60 atom% of tetrahedral amorphous carbon. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 열전 모듈을 포함하는 열전 발전 장치.A thermoelectric power generation device comprising the thermoelectric module according to claim 1. p형 열전 재료를 구비하는 p형 열전 레그, n형 열전 재료를 구비하는 n형 열전 레그 및 전기 전도성 재질로 구성된 전극을 준비하는 단계;
상기 p형 열전 레그를 상기 전극의 일단에 접합시키고, 상기 n형 열전 레그를 상기 p형 열전 레그와 이격되게 상기 전극의 타단에 접합시키는 단계;
상기 p형 열전 레그와 상기 n형 열전 레그에 대하여 적어도 상호 대면하는 측면에 DLC 코팅층을 형성하는 단계; 및
상기 전극에 대하여 내측 표면 중 상기 p형 열전 레그 및 상기 n형 열전 레그가 접합되지 않는 부분에 DLC 코팅층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 제조 방법.preparing an electrode composed of a p-type thermoelectric leg having a p-type thermoelectric material, an n-type thermoelectric leg having an n-type thermoelectric material, and an electrically conductive material;
Bonding the p-type thermoelectric leg to one end of the electrode, and bonding the n-type thermoelectric leg to the other end of the electrode to be spaced apart from the p-type thermoelectric leg;
Forming a DLC coating layer on at least opposite sides of the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg; And
Forming a DLC coating layer on the inner surface of the electrode where the p-type thermoelectric leg and the n-type thermoelectric leg are not bonded.
Thermoelectric module manufacturing method comprising a.
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