KR20140101121A - Thermo electric device - Google Patents

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Abstract

A thermoelectric device according to one embodiment of the present invention includes a bottom substrate, a first electrode which is stacked on the bottom substrate, a p-type cell which is stacked on the first electrode, an n-type cell which is stacked on the first electrode, a second electrode which is stacked on the p-type cell and the n-type cell, and a top substrate which is stacked on the second electrode. The cross section of the n-type cell is wider than the cross section of the p-type cell.

Description

열전소자{THERMO ELECTRIC DEVICE}[0001] THERMO ELECTRIC DEVICE [0002]

본 발명은 열전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly to a structure of a thermoelectric element.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.

열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, 전기저항의 온도 변화를 이용하거나, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하거나, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용할 수 있다. Thermoelectric elements are collectively referred to as elements utilizing thermoelectric phenomena. The thermoelectric elements are referred to collectively as "Peltier effect", which is a phenomenon in which a temperature change of electrical resistance is utilized, a phenomenon in which an electromotive force is generated by a temperature difference, Can be used.

한편, 열전소자는 발전용 열전소자와 냉각용 열전소자로 구분될 수 있다. 일반적인 냉각용 열전소자는 N형/P형 셀, N형/P형 셀을 연결하는 전극, N형/P형 셀과 전극을 지지하며 열교환 기능을 가지는 상/하부 기판을 포함한다. 이때, N형 셀과 P형 셀 간의 특성 차(예를 들어, N형 셀의 ZT는 0.8 내지 1.1이고, P형 셀의 ZT는 1.2 내지 1.6)로 인하여 전류(current) 차이(Gap)가 발생할 수 있다. 도 1은 일반적인 열전소자의 N형 셀과 P형 셀 간의 전류 차이 및 이로 인하여 형성되는 델타 Tmax를 나타내는 그래프이다. 도 1을 참조하면, N형 셀(전기전도도 4000~5000 S/m)에 대한 전류 흐름과 P형 셀(전기전도도 8000~9000 S/m)에 대한 전류 흐름이 상이하여, 열전소자의 냉각 성능을 결정하는 델타 Tmax가 낮아질 수 있다.On the other hand, the thermoelectric element can be divided into a thermoelectric element for power generation and a thermoelectric element for cooling. Typical thermoelectric elements for cooling include N-type / P-type cells, electrodes connecting N-type / P-type cells, and N-type / P-type cells and upper and lower substrates having heat exchange function. At this time, a current difference (gap) occurs due to a difference in characteristics between the N-type cell and the P-type cell (for example, ZT of 0.8 to 1.1 in the N-type cell and 1.2 to 1.6 in the P- . 1 is a graph showing the current difference between an N-type cell and a P-type cell of a general thermoelectric element and a resulting delta T max . Referring to FIG. 1, current flows to N-type cells (electrical conductivity of 4000 to 5000 S / m) and P-type cells (electrical conductivity of 8000 to 9000 S / m) Lt; RTI ID = 0.0 > Tmax < / RTI >

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 성능을 가지는 냉각용 열전소자를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thermoelectric element for cooling having improved performance.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자는 하부 기판, 상기 하부 기판 상에 적층된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 적층된 P형 셀(P type cell), 상기 제1 전극 상에 적층된 N형 셀(N type cell), 상기 P형 셀 및 상기 N형 셀 상에 적층된 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 상에 적층된 상부 기판을 포함하고, 상기 N형 셀의 단면적은 상기 P형 셀의 단면적보다 크게 설정된다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes a lower substrate, a first electrode stacked on the lower substrate, a P-type cell stacked on the first electrode, Type cell, an N-type cell, a P-type cell, a second electrode stacked on the N-type cell, and an upper substrate stacked on the second electrode, wherein the cross- Type cell.

상기 P형 셀의 단면적에 대한 상기 N형 셀의 단면적의 비는 1보다 크고 2.1보다 작을 수 있다.The ratio of the cross-sectional area of the N-type cell to the cross-sectional area of the P-type cell may be greater than 1 and less than 2.1.

상기 P형 셀의 단면적에 대한 상기 N형 셀의 단면적의 비는 1.3 내지 1.7일 수 있다.The ratio of the cross-sectional area of the N-type cell to the cross-sectional area of the P-type cell may be 1.3 to 1.7.

상기 P형 셀은 Bi2 -x- ySbx -yTe3Cuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2 -xSbxTe3(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함하고, 상기 N형 셀은 Bi2Te3 -x-ySexCuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2Te3 -xSex(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함할 수 있다.The P-type cell is made of Bi 2 -x- y Sb x -y Te 3 Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 -x Sb x Te 3 including y <0.1), and the N-type cells Bi 2 Te 3 -xy Se x Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 Te 3 -x Se x ( 0.1 <x < 0.5, 0 < y < 0.1).

상기 열전소자의 제벡 지수는 0.8 이상이고, 델타 Tmax는 75℃ 이상일 수 있다.The thermoelectric element may have a Gexek index of 0.8 or more and a delta Tmax of 75 ° C or more.

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 상기 N형 셀의 적층을 위한 제1 영역 및 상기 P형 셀의 적층을 위한 제2 영역을 포함하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 좁게 형성될 수 있다.Wherein at least one of the first electrode and the second electrode includes a first region for stacking the N-type cells and a second region for stacking the P-type cells, Can be formed narrowly.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 DBC(Direct Bonding Copper)는 세라믹 소재의 기판, 그리고 상기 기판 상에 적층되며, P형 셀 및 N형 셀의 적층을 위한 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은 상기 N형 셀의 적층을 위한 제1 영역 및 상기 P형 셀의 적층을 위한 제2 영역을 포함하며, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 좁게 형성된다.According to an embodiment of the present invention, a DBC (Direct Bonding Copper) of a thermoelectric device includes a substrate of a ceramic material and at least one electrode stacked on the substrate, the electrode being for stacking a P-type cell and an N- The electrode includes a first region for stacking the N-type cells and a second region for stacking the P-type cells, and the second region is formed to be narrower than the first region.

본 발명의 실시예에 따르면, 성능이 개선된 냉각용 열전소자를 얻을 수 있다. 즉, N형 셀과 P형 셀의 특성 차로 인한 전류 차를 줄임으로써 상부 기판과 하부 기판 간의 델타 Tmax를 개선할 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 흡열 및 발열 효과를 높일 수 있으며, 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, a thermoelectric element for cooling with improved performance can be obtained. That is, the delta T max between the upper substrate and the lower substrate can be improved by reducing the current difference due to the characteristic difference between the N-type cell and the P-type cell. Thus, the heat absorbing and heat generating effect of the thermoelectric element can be enhanced, and the cooling performance of the electronic appliances, electronic parts, and communication parts can be improved.

도 1은 일반적인 열전소자의 N형 셀과 P형 셀 간의 전류 차이 및 이로 인하여 형성되는 델타 Tmax를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자를 나타낸다.
도 3은 도 2의 X의 단면을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 열전소자의 N형 셀과 P형 셀의 전류 흐름 및 이로 인하여 형성되는 델타 Tmax를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극을 위한 DBC(Direct Bonding Copper)이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극을 위한 DBC이다.
도 7은 도 5의 전극의 확대도이다.1 is a graph showing the current difference between an N-type cell and a P-type cell of a general thermoelectric element and a resulting delta T max .
2 shows a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
3 shows a cross section of X in Fig.
FIG. 4 is a graph showing the current flow of a N-type cell and a P-type cell of a thermoelectric device and the resulting delta T max according to an embodiment of the present invention.
5 is a DBC (Direct Bonding Copper) for an electrode according to an embodiment of the present invention.
6 is a DBC for an electrode according to another embodiment of the present invention.
7 is an enlarged view of the electrode of Fig.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or &lt; / RTI &gt; includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 열전소자의 N형 셀을 P형 셀보다 크게 설정함으로써, 열전소자의 성능을 개선하고자 한다.According to one embodiment of the present invention, the performance of the thermoelectric device is improved by setting the N-type cell of the thermoelectric device to be larger than the P-type cell.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자를 나타낸다.2 shows a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 열전소자(200)는 하부 기판(210), 전극(220), 결합부(230), N형 셀(240), P형 셀(250), 결합부(260), 전극(270) 및 상부 기판(280)을 포함한다. 하부 기판(210) 상에 전극(220)이 적층되고, 전극(220) 상에 N형 셀(240) 및 P형 셀(250)이 적층되며, N형 셀(240) 및 P형 셀(250) 상에 전극(270)이 적층되고, 전극(270) 상에 상부 기판(280)이 적층된다.2, the thermoelectric element 200 includes a lower substrate 210, an electrode 220, a coupling portion 230, an N-type cell 240, a P-type cell 250, a coupling portion 260, (270) and an upper substrate (280). An N-type cell 240 and a P-type cell 250 are stacked on the electrode 220 and the N-type cell 240 and the P-type cell 250 And the upper substrate 280 is stacked on the electrode 270. The electrode 270 is formed on the upper surface of the electrode 270,

N형 셀(240)은, 예를 들면 Bi2Te3 -x-ySexCuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2Te3 -xSex(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함할 수 있다. P형 셀(250)은, 예를 들면 Bi2 -x- ySbx -yTe3Cuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2 -xSbxTe3(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함할 수 있다.For example, Bi 2 Te 3 -xy Se x Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 Te 3 -x Se x (0.1 <x <0.5, 0 < y < 0.1). The P-type cell 250 may be formed of Bi 2 -x- y Sb x -y Te 3 Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 -x Sb x Te 3 x < 0.5, 0 < y < 0.1).

한편, 결합부(230, 260)는 전극(220, 270)과 N형 셀(240), P형 셀(250) 사이의 결합재로 이루어진다. 결합부(230, 260)는 전극 또는 결합재의 성분이 N형 셀(240) 또는 P형 셀(250)로 확산되는 것을 방지하기 위하여 확산 방지층을 포함할 수 있다. 확산 방지층은, 예를 들면 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 결합부(230, 260)는 적층된 복수의 확산 방지층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 결합부(230, 260)는 Ni을 포함하는 확산 방지층 및 Sn-Bi를 포함하는 확산 방지층을 포함할 수 있다. The coupling portions 230 and 260 are formed of a coupling material between the electrodes 220 and 270 and the N-type cell 240 and the P-type cell 250. The coupling portions 230 and 260 may include diffusion preventing layers to prevent the components of the electrode or the coupling material from diffusing into the N-type cell 240 or the P-type cell 250. The diffusion preventing layer may include, for example, nickel (Ni). The engaging portions 230 and 260 may include a plurality of stacked diffusion preventing layers. For example, the engaging portions 230 and 260 may include a diffusion preventing layer including Ni and a diffusion preventing layer including Sn-Bi.

하부 기판(210) 및 상부 기판(280)은 Al2O3(Alumina), BN(Boron Nitride) 및 탄소 소재 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 소재는, 예를 들면 알루미늄 실리콘 카바이드 복합 재료(AlSiC), 흑연(Graphite), 카본 블랙(Caron Black), 그래핀(Graphene), 풀러렌(fullerene), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 및 이들로부터 선택된 혼합물 중 하나일 수 있다.The lower substrate 210 and the upper substrate 280 may include at least one of Al 2 O 3 (Alumina), BN (Boron Nitride) and carbon materials. Carbon materials include, for example, aluminum silicon carbide composite materials (AlSiC), graphite, carbon black, graphene, fullerene, carbon nanotube (CNT) And mixtures thereof.

전극(220, 270)에 리드선을 통하여 직류 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 셀(250)로부터 N형 셀(240)로 전류가 흐르는 하부 기판(210)은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 셀(240)로부터 P형 셀(250)로 전류가 흐르는 상부 기판(280)은 가열되어 발열부로 작용한다. 이에 따라, 상부 기판(280)은 하부 기판(280)에 비하여 뜨겁다. 상부 기판(280)과 하부 기판(280)의 온도 차를 델타 Tmax라고 하는데, 델타 Tmax가 클수록 열전소자(200)의 냉각 성능이 우수하다고 볼 수 있다.When the DC voltage is applied to the electrodes 220 and 270 through the lead wires, the lower substrate 210, through which the current flows from the P-type cell 250 to the N-type cell 240 due to the Peltier effect, And the upper substrate 280 through which the current flows from the N-type cell 240 to the P-type cell 250 is heated to act as a heat generating portion. Accordingly, the upper substrate 280 is hotter than the lower substrate 280. To a temperature difference between the upper substrate 280 and lower substrate 280 as delta T max, T max is the larger delta can be seen that it has excellent cooling performance of the thermoelectric module 200. The

본 발명의 실시예에 따르면, N형 셀(240)은 P형 셀(250)보다 크게 형성된다. 도 3은 도 2의 X의 단면을 나타낸다. 도 3을 참조하면, N형 셀(240)의 단면적은 P형 셀(250)의 단면적보다 크게 설정된다. 예를 들어, P형 셀(250)의 단면적에 대한 N형 셀(240)의 단면적의 비는 1보다 크고 2.1보다 작게 설정될 수 있다. 각 셀의 높이와 너비가 동일한 경우, P형 셀(250)의 높이(HP) 또는 너비(WP)에 대한 N형 셀(240)의 높이(HN) 또는 너비(WN)의 비는 1보다 크고 1.42보다 작게 형성될 수 있다. 바람직하게는, P형 셀(250)의 단면적에 대한 N형 셀(240)의 단면적의 비는 1.3 내지 1.7로 설정될 수 있다. 즉, P형 셀(250)의 높이(HP) 또는 너비(WP)에 대한 N형 셀(240)의 높이(HN) 또는 너비(WN)의 비는 1.14 내지 1.29로 설정될 수 있다. 예를 들어, P형 셀의 높이(HP)*너비(WP)가 1.4mm*1.4mm인 경우, N형 셀의 높이(HN)*너비(WN)는 1.4mm*1.4mm, 1.6mm*1.6mm, 1.8mm*1.8mm, 2.0mm*2.0mm 등으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the N-type cell 240 is formed larger than the P-type cell 250. 3 shows a cross section of X in Fig. 3, the cross-sectional area of the N-type cell 240 is set larger than the cross-sectional area of the P- For example, the ratio of the cross-sectional area of the N-type cell 240 to the cross-sectional area of the P-type cell 250 may be greater than 1 and less than 2.1. The ratio of the height H N or the width W N of the N-type cell 240 to the height H P or width W P of the P-type cell 250 when the height and width of each cell are the same May be greater than 1 and less than 1.42. Preferably, the ratio of the cross-sectional area of the N-type cell 240 to the cross-sectional area of the P-type cell 250 may be set to 1.3 to 1.7. The ratio of the height H N or the width W N of the N-type cell 240 to the height H P or width W P of the P-type cell 250 may be set to 1.14 to 1.29 have. For example, when the height (H P ) * width (W P ) of the P-type cell is 1.4 mm * 1.4 mm, the height (H N ) * width W N of the N-type cell is 1.4 mm * 1.4 mm, 1.6 mm * 1.6 mm, 1.8 mm * 1.8 mm, 2.0 mm * 2.0 mm, or the like.

이와 같이, N형 셀의 단면적이 커질수록 N형 셀에 대한 저항(Resistivity)은 작아진다. 따라서, N형 셀에 대한 전류가 커지므로, N형 셀과 P형 셀의 전류 차는 작아진다.As described above, as the cross-sectional area of the N-type cell increases, the resistance to the N-type cell decreases. Therefore, since the current for the N-type cell becomes large, the current difference between the N-type cell and the P-type cell becomes small.

표 1은 N형 셀의 크기에 따른 저항 값을 나타내며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 열전소자의 N형 셀과 P형 셀의 전류 흐름 및 이로 인하여 형성되는 델타 Tmax를 나타내는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the current flow of the N-type cell and the P-type cell of the thermoelectric device and the resulting delta T max according to an embodiment of the present invention .

N형 셀의 크기(HN*WN)The size of the N-type cell (H N * W N ) 평균 저항(Ω)Average Resistance (Ω) 2.0*2.02.0 * 2.0 1.3871.387 1.8*1.81.8 * 1.8 1.5591.559 1.6*1.61.6 * 1.6 1.9051.905 1.4*1.41.4 * 1.4 2.4082.408

표 1을 참조하면, N형 셀의 크기가 커질수록 N형 셀의 평균 저항이 낮아진다. 이에 따라, N형 셀에 대하여 흐르는 전류는 커진다.Referring to Table 1, as the size of the N-type cell increases, the average resistance of the N-type cell decreases. As a result, the current flowing to the N-type cell becomes large.

도 4와 같이, N형 셀에 대하여 흐르는 전류가 커진 경우, 즉 N형 셀에 대한 전류 흐름과 P 형 셀에 대한 전류 흐름이 비슷해진 경우, 델타 Tmax는 높아짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 4, when the current flowing to the N-type cell is large, that is, when the current flows to the N-type cell and the P-type cell become similar, the delta T max becomes high.

표 2는 일반적인 열전소자와 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 성능 차를 나타낸다. Table 2 shows the performance difference between a general thermoelectric element and a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

여기서, 열전소자 A는 N형 셀과 P형 셀의 크기가 동일한 일반적인 열전소자이고, 열전소자 B는 P형 셀의 단면이 1.4mm*1.4mm이고, N형 셀의 단면이 1.8mm*1.8mm인 열전소자이다. 이를 위하여, 상온에서 Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하였고, 이를 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산하였다. 제벡 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Here, the thermoelectric element A is a general thermoelectric element having the same size as the N-type cell and the P-type cell. The thermoelectric element B has a cross section of 1.4 mm * 1.4 mm and a cross section of 1.8 mm * 1.8 mm Lt; / RTI &gt; For this purpose, the Z value (V / K) was measured at room temperature using a Z meter, and the Zebec index (ZT) was calculated using the Z value. The Zebec Index (ZT) can be expressed as Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V / K], σ is the electric conductivity [S / m], and α 2 σ is the power factor (W / mK 2 ). T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W / mK]. k is a · c p · ρ where a is the thermal diffusivity [cm 2 / S], c p is the specific heat [J / gK], and ρ is the density [g / cm 3 ].

구분division 열전소자 AThermoelectric element A 열전소자 BThermoelectric element B ZTZT 0.610.61 0.8070.807 델타 Tmax Delta T max 63℃63 ° C 75℃75 ℃

이와 같이, 열전소자의 N형 셀의 크기가 P형 셀의 크기보다 큰 경우, ZT 및 델타 Tmax를 높일 수 있어, 냉각 성능을 개선할 수 있다.As described above, when the size of the N-type cell of the thermoelectric element is larger than the size of the P-type cell, the ZT and the delta Tmax can be increased and the cooling performance can be improved.

한편, 본 발명의 실시예에 따라 N형 셀을 P형 셀보다 크게 형성할 경우, N형 셀과 P형 셀을 적층하기 위한 하부 전극 및 N형 셀과 P형 셀 상에 적층되는 상부 전극의 구조도 바뀔 수 있다.Meanwhile, when the N-type cell is formed larger than the P-type cell according to the embodiment of the present invention, the lower electrode and the upper electrode for stacking the N-type cell and the P- The structure can also change.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극을 위한 DBC(Direct Bonding Copper)이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극을 위한 DBC이며, 도 7은 도 5의 전극의 확대도이다. 도 5는, 예를 들어 도 2의 전극(270)을 위한 DBC이고, 도 6은, 예를 들어 도 2의 전극(220)을 위한 DBC일 수 있다. FIG. 5 is a DBC (Direct Bonding Copper) for an electrode according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a DBC for an electrode according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an enlarged view of the electrode of FIG. 5 . FIG. 5 is a DBC for the electrode 270 of FIG. 2, for example, and FIG. 6 may be a DBC for the electrode 220 of FIG. 2, for example.

도 5 내지 도 7을 참조하면, DBC(500)는 기판(510) 및 기판(510) 상에 적층된 적어도 하나의 전극(520)을 포함한다.5 through 7, the DBC 500 includes a substrate 510 and at least one electrode 520 stacked on the substrate 510.

기판(510)은, 예를 들면 세라믹(ceramic) 소재로 이루어질 수 있다. 전극(520)은, 예를 들면 구리 소재로 이루어질 수 있다.The substrate 510 may be made of, for example, a ceramic material. The electrode 520 may be made of, for example, a copper material.

전극(520)은 기판(510) 상에 행 또는 열로 정렬되어 적층되며, 기판(510)의 두께는, 예를 들면 0.5mm 내지 1.5mm, 바람직하게는 0.8mm 내지 1.2mm이고, 전극(520)의 두께는, 예를 들면 0.1mm 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2mm 내지 0.4mm일 수 있다.The electrodes 520 are stacked in a row or a row on the substrate 510 and the thickness of the substrate 510 is, for example, 0.5 mm to 1.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.2 mm, For example, 0.1 mm to 0.5 mm, preferably 0.2 mm to 0.4 mm.

전극(520)은 N형 셀의 적층을 위한 영역(522) 및 P형 셀의 적층을 위한 영역(524)을 포함한다. N형 셀의 적층을 위한 영역(522)은 P형 셀의 적층을 위한 영역(524)보다 넓게 형성될 수 있다. 예를 들어, N형 셀의 적층을 위한 영역(522)의 높이에 대한 P형 셀의 적층을 위한 영역(524)의 높이의 비는 1보다 크고 1.42보다 작을 수 있고, N형 셀의 적층을 위한 영역(522)의 너비에 대한 P형 셀의 적층을 위한 영역(524)의 너비의 비는 1보다 크고 1.42보다 작을 수 있다.The electrode 520 includes a region 522 for stacking N-type cells and a region 524 for stacking P-type cells. The region 522 for stacking the N-type cells can be formed wider than the region 524 for stacking the P-type cells. For example, the ratio of the height of the region 524 for stacking the P-type cells to the height of the region 522 for stacking the N-type cells may be greater than 1 and less than 1.42, The ratio of the width of the region 524 for the stacking of the P-type cells to the width of the region 522 for the region 522 may be greater than 1 and less than 1.42.

이에 따라, DBC를 제작하기 위한 재료비를 절감할 수 있고, 열전소자의 비용을 줄일 수도 있다.Accordingly, the material cost for fabricating the DBC can be reduced, and the cost of the thermoelectric element can be reduced.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

Claims (8)

하부 기판,
상기 하부 기판 상에 적층된 제1 전극,
상기 제1 전극 상에 적층된 P형 셀(P type cell),
상기 제1 전극 상에 적층된 N형 셀(N type cell),
상기 P형 셀 및 상기 N형 셀 상에 적층된 제2 전극, 그리고
상기 제2 전극 상에 적층된 상부 기판을 포함하고,
상기 N형 셀의 단면적은 상기 P형 셀의 단면적보다 크게 설정되는 열전소자.A lower substrate,
A first electrode stacked on the lower substrate,
A P-type cell stacked on the first electrode,
An N-type cell stacked on the first electrode,
A second electrode stacked on the P-type cell and the N-type cell, and
And an upper substrate stacked on the second electrode,
Wherein the cross-sectional area of the N-type cell is set larger than the cross-sectional area of the P-type cell. 제1항에 있어서,
상기 P형 셀의 단면적에 대한 상기 N형 셀의 단면적의 비는 1보다 크고 2.1보다 작은 열전소자.The method according to claim 1,
Sectional area of the N-type cell relative to the cross-sectional area of the P-type cell is greater than 1 and less than 2.1. 제2항에 있어서,
상기 P형 셀의 단면적에 대한 상기 N형 셀의 단면적의 비는 1.3 내지 1.7인 열전소자.3. The method of claim 2,
Wherein the ratio of the cross-sectional area of the N-type cell to the cross-sectional area of the P-type cell is 1.3 to 1.7. 제1항에 있어서
상기 P형 셀은 Bi2 -x- ySbx -yTe3Cuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2 -xSbxTe3(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함하고,
상기 N형 셀은 Bi2Te3 -x-ySexCuy(0.1<x<0.5, 0<y<0.1) 또는 Bi2Te3 -xSex(0.1<x<0.5, 0<y<0.1)를 포함하는 열전소자.The method of claim 1, wherein
The P-type cell is made of Bi 2 -x- y Sb x -y Te 3 Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 -x Sb x Te 3 y < 0.1)
The N-type cell is made of Bi 2 Te 3 -xy Se x Cu y (0.1 <x <0.5, 0 <y <0.1) or Bi 2 Te 3 -x Se x / RTI &gt; 제1항에 있어서,
상기 열전소자의 제벡 지수는 0.8 이상이고, 델타 Tmax는 75℃ 이상인 열전소자.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric element has a Gexek index of 0.8 or more and a delta Tmax of 75 캜 or more. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 상기 N형 셀의 적층을 위한 제1 영역 및 상기 P형 셀의 적층을 위한 제2 영역을 포함하며,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 좁게 형성되는 열전소자.The method according to claim 1,
At least one of the first electrode and the second electrode includes a first region for stacking the N-type cells and a second region for stacking the P-type cells,
Wherein the second region is formed to be narrower than the first region. 열전소자의 DBC(Direct Bonding Copper)에 있어서,
세라믹 소재의 기판, 그리고
상기 기판 상에 적층되며, P형 셀 및 N형 셀의 적층을 위한 적어도 하나의 전극을 포함하고,
상기 전극은 상기 N형 셀의 적층을 위한 제1 영역 및 상기 P형 셀의 적층을 위한 제2 영역을 포함하며,
상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다 좁게 형성되는 DBC.In the thermocouple DBC (Direct Bonding Copper)
Ceramic substrate, and
And at least one electrode stacked on the substrate for stacking the P-type cell and the N-type cell,
The electrode includes a first region for stacking the N-type cells and a second region for stacking the P-type cells,
And the second region is formed to be narrower than the first region. 제7항에 있어서,
상기 제2 영역의 높이에 대한 상기 제1 영역의 높이의 비는 1보다 크고 1.42보다 작으며,
상기 제2 영역의 너비에 대한 상기 제1 영역의 너비의 비는 1보다 크고 1.42보다 작은 DBC.8. The method of claim 7,
Wherein the ratio of the height of the first region to the height of the second region is greater than 1 and less than 1.42,
Wherein the ratio of the width of the first region to the width of the second region is greater than 1 and less than 1.42.
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