KR20210003628A - Thermoelectric generation element using triboelectric field effect - Google Patents

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백정민
양우정
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울산과학기술원
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Abstract

The present invention provides a thermoelectric power generation device including: a P-type semiconductor layer; a first electrode disposed on one surface of the P-type semiconductor layer; a second electrode disposed on the opposite surface of the P-type semiconductor layer; a dielectric layer disposed opposite the P-type semiconductor layer with respect to the first electrode; and a third electrode disposed to be spaced apart from the dielectric layer on the opposite side of the first electrode with respect to the dielectric layer, and intermittently contacting the dielectric layer.

Description

마찰 전계 효과를 이용한 열전발전소자{Thermoelectric generation element using triboelectric field effect}Thermoelectric generation element using triboelectric field effect

본 발명의 실시예들은, 마찰 전계 효과를 이용한 열전발전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마찰대전(triboelectrification)에 의한 전계 효과(field effect)를 이용하여 열전발전소자의 출력을 증대시킬 수 있는 융합소자에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a thermoelectric power device using a triboelectric field effect, and more specifically, a fusion device capable of increasing the output of a thermoelectric power device by using a field effect by triboelectrification It is about.

최근, 에너지로 인한 환경 오염 문제와 기존의 화석 연료 고갈 문제 등으로 인해, 친환경 대체 에너지에 관한 연구가 많이 이루어지고 있으며, 그 중에서도 에너지 하베스팅(Energy harvesting)이 많은 관심을 받고 있다. 에너지 하베스팅 기술은, 자연에서 버려지는 에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하여 이용하는 기술로, 예를 들면, 주변에 존재하는 태양광, 온도 차이 등을 에너지원으로 이용하거나, 바람, 진동, 인간의 움직임으로부터 발생되는 기계적 에너지 등을 이용하여 전기를 생산하는 기술이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 소형 전자 기기에 전원을 공급하기 위한 방법으로 제시되고 있다. Recently, due to the problem of environmental pollution due to energy and the problem of exhaustion of existing fossil fuels, many studies on eco-friendly alternative energy have been made, and among them, energy harvesting is receiving much attention. Energy harvesting technology is a technology that converts energy wasted from nature into useful electrical energy and uses it as an energy source, such as sunlight, temperature difference, etc. existing around it, or wind, vibration, human movement. It is a technology that generates electricity by using mechanical energy generated from Such energy harvesting technology has been proposed as a method for supplying power to small electronic devices.

소형 에너지 하베스팅 방법에는 태양광을 이용한 태양발전, 기계적인 에너지를 이용한 압전발전 및 정전발전, 기계적인 운동과 전자기적 현상을 이용한 발전 및 용량성(capacitive) 발전, 폐열을 이용한 열전발전 등이 있다. 각각의 방법은 장단점을 가지고 있으며 주어진 자연환경에 적합한 방법이 선택되어 적용될 수 있다. Small energy harvesting methods include solar power generation using sunlight, piezoelectric power generation and electrostatic power generation using mechanical energy, power generation and capacitive power generation using mechanical motion and electromagnetic phenomena, and thermoelectric power generation using waste heat. . Each method has advantages and disadvantages, and a method suitable for a given natural environment can be selected and applied.

이들 중 마찰대전발전은, 두 대전체의 마찰 시 나타나는 물질 간 전하 이동 현상에 의한 것이다. 구체적으로, 서로 다른 두 물체가 접촉을 하게 되면 각각의 물질에서 전하들이 편극 되어 전하가 상대를 향하여 병행하는 전기 이중 층을 형성하게 되며, 이러한 전기 이중 층의 전하 분리가 일어나, 두 물체에는 각각 극성이 다른 전하가 발생되는데, 마찰대전발전은 이러한 현상을 이용하는 것이다. 마찰대전발전은, 대부분의 물질에서 정전기 효과를 볼 수 있기 때문에 물질적인 제한 없이 활용될 수 있다. 또한, 다른 미소에너지 생산 방식에 비해 시간적, 공간적 제약이 없다는 장점이 있다. 마찰대전 발전 방식은, 기후에 관계없이 실내외의 기계진동을 이용할 수 있으며, 풍력, 파도, 인간의 움직임, 자동차의 엔진 등 주변의 모든 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장점으로 인해 최근 많은 연구가 진행되고 있다.Among these, the triboelectric power generation is due to the phenomenon of charge transfer between substances that occurs when the two chargers are rubbed. Specifically, when two different objects come into contact, electric charges are polarized in each material to form an electric double layer in which electric charges move toward the other side. This other charge is generated, and triboelectric power generation takes advantage of this phenomenon. Triboelectric power generation can be used without material limitations because most materials can have an electrostatic effect. In addition, there is an advantage in that there are no temporal and spatial restrictions compared to other micro energy production methods. The triboelectric power generation method can use indoor and outdoor mechanical vibration regardless of the climate, and has the advantage of converting all surrounding mechanical energy, such as wind power, waves, human movement, and automobile engines, into electrical energy. Is in progress.

한편 열전발전은, 온도가 차이 날 때 전류가 흐르는 현상인 열전효과를 이용한 발전을 의미한다. 구체적으로, 서로 다른 두 금속의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도차를 주면, 두 접점 사이에 전위차(즉, 열기전력)가 발생하는데 이를 열전효과라고 한다. 이러한 열전효과를 이용하면 폐열을 이용하여 친환경적으로 전기를 생산할 수 있기 때문에, 열전발전소자에 관한 연구 및 수요가 증가하고 있다. On the other hand, thermoelectric power generation refers to power generation using the thermoelectric effect, which is a phenomenon in which current flows when the temperature is different. Specifically, when both ends of two different metals are connected to form a closed circuit and a temperature difference is applied to both ends, a potential difference (ie, thermoelectric power) is generated between the two contacts, which is called a thermoelectric effect. When such a thermoelectric effect is used, since electricity can be produced environmentally by using waste heat, research and demand for thermoelectric power devices are increasing.

친환경 대체 에너지에 대한 관심이 높아지는 것에 비하여, 열전발전소자의 출력 효율은 기대에 미치지 못하고 있으며, 그로 인해 충분히 활용되지 못하고 있다. 따라서 열전발전소자의 상용화를 위해 출력을 증대시키는 방안이 요구된다.While interest in eco-friendly alternative energy is increasing, the output efficiency of thermoelectric power devices is not meeting expectations, and therefore, it is not fully utilized. Therefore, there is a need for a method of increasing the output for commercialization of thermoelectric power devices.

기존에는 열전발전소자의 출력 효율 증대를 위하여, 열전 소재나 구조에 관한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 아직 열전발전소자의 출력 효율이 기대에 미치지 못하는 바, 활용 가능성이 낮은 문제점이 있다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로써, 열전발전소자의 효율을 향상시키기 위해 새로운 관점에서 접근하여, 마찰대전에 의한 전계 효과를 이용한 열전발전소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로 마찰대전발전기의 전계 효과가 열전발전소자에 적용된, 융합소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.In the past, studies on thermoelectric materials or structures have been conducted in order to increase the output efficiency of thermoelectric power devices. However, since the output efficiency of the thermoelectric power device is still below expectations, there is a problem that the possibility of utilization is low. An object of the present invention is to solve a number of problems including the above problems, and an object thereof is to provide a thermoelectric power device using an electric field effect due to frictional charging by approaching from a new perspective in order to improve the efficiency of the thermoelectric power device. . Specifically, an object of the present invention is to provide a fusion device in which the electric field effect of a triboelectric generator is applied to a thermoelectric power device. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자는, P형 반도체 층; 상기 P형 반도체 층의 일 면에 배치되는 제1 전극; 상기 P형 반도체 층의 반대 면에 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극에 대하여 상기 P형 반도체 층의 반대 편에 배치되는 유전체 층; 상기 유전체 층에 대하여 상기 제1 전극의 반대 편에, 상기 유전체 층과 이격되도록 배치되며, 상기 유전체 층에 단속적으로 접촉하는 제3 전극;을 포함할 수 있다. A thermoelectric power device according to an embodiment of the present invention includes a P-type semiconductor layer; A first electrode disposed on one surface of the P-type semiconductor layer; A second electrode disposed on the opposite surface of the P-type semiconductor layer; A dielectric layer disposed opposite the P-type semiconductor layer to the first electrode; And a third electrode disposed to be spaced apart from the dielectric layer, opposite to the first electrode with respect to the dielectric layer, and intermittently contacting the dielectric layer.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체 층은 상기 제3 전극과의 접촉에 의해 음전하로 대전되며, 상기 제3 전극은 상기 유전체와의 접촉에 의해 양전하로 대전될 수 있다. According to an embodiment, the dielectric layer may be negatively charged by contact with the third electrode, and the third electrode may be positively charged by contact with the dielectric.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 대전된 음전하는 상기 제1 전극에 전계 효과를 주어, 상기 제1 전극의 상기 유전체가 배치된 편에는 양전하가 유도되고, 상기 제1 전극의 상기 P형 반도체 층이 배치된 편에는 음전하가 유도될 수 있다. According to an embodiment, the negative charge charged to the dielectric gives an electric field effect to the first electrode, so that a positive charge is induced on the side where the dielectric of the first electrode is disposed, and the P-type semiconductor layer of the first electrode Negative charges can be induced on this arranged side.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 대전된 음전하는 상기 P형 반도체 층에 전계 효과를 주어, 상기 P형 반도체 층에 정공을 유도할 수 있다. According to an embodiment, a negative charge charged to the dielectric may apply an electric field effect to the P-type semiconductor layer, thereby inducing holes in the P-type semiconductor layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극에 고온을 형성하고 상기 제1 전극에 저온을 형성하면, 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 전위차가 발생할 수 있다.According to an embodiment, when a high temperature is formed in the second electrode and a low temperature is formed in the first electrode, a potential difference may occur between the second electrode and the first electrode.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 전극이 상기 유전체와 접촉될 때 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차가, 상기 제3 전극이 상기 유전체와 이격될 때 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차보다 클 수 있다. According to an embodiment, when the third electrode is in contact with the dielectric, a potential difference between the second electrode and the first electrode is, when the third electrode is spaced apart from the dielectric, the second electrode and the first electrode are It can be greater than the potential difference between the electrodes.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 접촉될 때 상기 P형 반도체 층에 유도되는 정공이, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 이격될 때 상기 P형 반도체 층에 유도되는 정공보다 더 많을 수 있다. According to an embodiment, holes induced in the P-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are in contact with each other are greater than holes induced in the P-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are separated from each other. There can be many.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자는, N형 반도체 층; 상기 N형 반도체 층의 일 면에 배치되는 제1 전극; 상기 N형 반도체 층의 반대 면에 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극에 대하여 상기 N형 반도체 층의 반대 편에 배치되는 유전체 층; 상기 유전체 층에 대하여 상기 제1 전극의 반대 편에, 상기 유전체 층과 이격되도록 배치되며, 상기 유전체 층에 단속적으로 접촉하는 제3 전극;을 포함할 수 있다. Thermoelectric power generation device according to an embodiment of the present invention, N-type semiconductor layer; A first electrode disposed on one surface of the N-type semiconductor layer; A second electrode disposed on the opposite surface of the N-type semiconductor layer; A dielectric layer disposed on the opposite side of the N-type semiconductor layer with respect to the first electrode; And a third electrode disposed to be spaced apart from the dielectric layer, opposite to the first electrode with respect to the dielectric layer, and intermittently contacting the dielectric layer.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체 층은 상기 제3 전극과의 접촉에 의해 양전하로 대전되며, 상기 제3 전극은 상기 유전체와의 접촉에 의해 음전하로 대전될 수 있다. According to an embodiment, the dielectric layer may be positively charged by contact with the third electrode, and the third electrode may be negatively charged by contact with the dielectric.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 대전된 양전하는 상기 제1 전극에 전계 효과를 주어, 상기 제1 전극의 상기 유전체가 배치된 편에는 음전하가 유도되고, 상기 제1 전극의 상기 N형 반도체 층이 배치된 편에는 양전하가 유도될 수 있다. According to an embodiment, a positive charge charged to the dielectric exerts an electric field effect on the first electrode, so that a negative charge is induced on the side where the dielectric of the first electrode is disposed, and the N-type semiconductor layer of the first electrode A positive charge can be induced on this placed side.

일 실시예에 따르면, 상기 유전체에 대전된 양전하는 상기 N형 반도체 층에 전계 효과를 주어, 상기 N형 반도체 층에 전자를 유도할 수 있다. According to an embodiment, a positive charge charged to the dielectric may apply an electric field effect to the N-type semiconductor layer, thereby inducing electrons to the N-type semiconductor layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극에 고온을 형성하고 상기 제1 전극에 저온을 형성하면, 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 전위차가 발생할 수 있다. According to an embodiment, when a high temperature is formed in the second electrode and a low temperature is formed in the first electrode, a potential difference may occur between the second electrode and the first electrode.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 접촉될 때 상기 N형 반도체 층에 유도되는 전자가, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 이격될 때 상기 N형 반도체 층에 유도되는 전자보다 더 많을 수 있다.According to an embodiment, electrons induced to the N-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are in contact is greater than electrons induced to the N-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are spaced apart. There can be many.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전 모듈은, 서로 이격되어 배치된 P형 반도체와 N형 반도체; 상기 P형 반도체의 상부와 상기 N형 반도체의 상부를 연결하는 상부전극; 상기 N형 반도체의 하부에 배치되는 제1 하부전극; 상기 제1 하부전극의 하부에 배치되는 양전하 대전체; 상기 P형 반도체의 하부에 배치되는 제2 하부전극; 상기 제2 하부전극의 하부에 배치되는 음전하 대전체; 상기 양전하 대전체의 하부에 이격되어 배치되며 상기 양전하 대전체와 접촉했을 때 음전하로 대전되는 제3 전극; 상기 음전하 대전체의 하부에 이격되어 배치되며 상기 음전하 대전체와 접촉했을 때 양전하로 대전되는 제4 전극;을 포함할 수 있다. A thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor disposed to be spaced apart from each other; An upper electrode connecting an upper portion of the P-type semiconductor and an upper portion of the N-type semiconductor; A first lower electrode disposed under the N-type semiconductor; A positively charged charger disposed under the first lower electrode; A second lower electrode disposed under the P-type semiconductor; A negatively charged charge disposed under the second lower electrode; A third electrode disposed to be spaced apart from the lower portion of the positively charged charger and charged with a negative charge when in contact with the positively charged charger; And a fourth electrode disposed to be spaced apart from the lower portion of the negatively charged charger and charged with a positive charge when in contact with the negatively charged charger.

일 실시예에 따르면, 상기 제3 전극은 외력에 따라 단속적으로 상기 양전하 대전체와 접촉하고, 상기 양전하 대전체는 상기 제1 하부전극 및 상기 N형 반도체에 전계 효과를 줄 수 있다. According to an embodiment, the third electrode may intermittently contact the positively charged charger according to an external force, and the positively charged charger may exert an electric field effect on the first lower electrode and the N-type semiconductor.

일 실시예에 따르면, 상기 전계 효과로 인해 상기 N형 반도체에 전자가 유도될 수 있다. According to an embodiment, electrons may be induced into the N-type semiconductor due to the electric field effect.

일 실시예에 따르면, 상기 제4 전극은 외력에 따라 단속적으로 상기 음전하 대전체와 접촉하고, 상기 음전하 대전체는 상기 제2 하부전극 및 상기 P형 반도체에 전계 효과를 줄 수 있다. According to an embodiment, the fourth electrode intermittently contacts the negatively charged charger according to an external force, and the negatively charged charger may exert an electric field effect on the second lower electrode and the P-type semiconductor.

일 실시예에 따르면, 상기 전계 효과로 인해 상기 P형 반도체에 정공이 유도될 수 있다. According to an embodiment, holes may be induced in the P-type semiconductor due to the electric field effect.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열전발전소자에 마찰대전발전기의 전계 효과를 이용함으로써, 열전발전소자의 출력을 증가시키고, 따라서 효율을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention made as described above, by using the electric field effect of the triboelectric generator in the thermoelectric power device, the output of the thermoelectric power device can be increased, and thus efficiency can be improved.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 일반적인 열전발전기에서의 열전 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 열전발전소자(100)의 출력이 증대되는 메커니즘을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 출력 전압을 측정한 그래프를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)와 비교하기 위한 열전발전소자(200)를 도시한다.
도 5b는 도 5b에 도시된 비교예로써의 열전발전소자(200)의 출력 전압을 측정한 그래프를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 유전체 층(160)의 다양한 구조를 개념적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전발전소자(300)를 개략적으로 도시한다.1 is a diagram for describing a thermoelectric effect in a general thermoelectric generator.
2 schematically illustrates a thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.
3 schematically shows a mechanism by which the output of the thermoelectric power element 100 shown in FIG. 2 is increased.
4 is a graph illustrating a measurement of the output voltage of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.
5A shows a thermoelectric power device 200 for comparison with the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.
5B is a graph illustrating a measurement of the output voltage of the thermoelectric power element 200 as a comparative example shown in FIG. 5B.
6A and 6B conceptually illustrate various structures of the dielectric layer 160 of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.
7 schematically shows a thermoelectric power device 300 according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings, and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another component.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or elements described in the specification are present, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or elements in advance.

이하의 실시예에서, '위', '아래', '상면', '하면', '상부', '하부' 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소의 상대적 위치 관계를 지시하는 것이다.In the following embodiments, terms such as'top','bottom','top','bottom','top', and'bottom' are not limited, but relative positional relationship between one component and another component. Is to instruct.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.When a certain embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대 또는 축소하여 나타내었다. In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to what is shown. For example, in the drawings, the thickness is enlarged or reduced in order to clearly express various layers and regions.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, substantially identical or corresponding components are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. To

도 1은 일반적인 열전발전기에서의 열전 효과를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for describing a thermoelectric effect in a general thermoelectric generator.

도 1을 참조하면, 일반적인 열전발전기(10)는, N형 반도체(11), P형 반도체(12), 제1 하부전극(13), 제2 하부전극(14), 및 상부전극(15)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a typical thermoelectric generator 10 includes an N-type semiconductor 11, a P-type semiconductor 12, a first lower electrode 13, a second lower electrode 14, and an upper electrode 15. Includes.

N형 반도체(11)와 P형 반도체(12)는 서로 이격되어 나란히 배치된다. 상부전극(15)은 N, P형 반도체(11, 12)의 일 측에 배치되며, 제1, 2 하부전극(13, 14)은 N, P형 반도체(11, 12)의 반대 측에 배치된다. 일 예를 들면, 상부전극(15)은 N, P형 반도체(11, 12)의 상부에 배치될 수 있고, 제1, 2 하부전극(13, 14)은 N, P형 반도체(11, 12)의 하부에 배치될 수 있다. The N-type semiconductor 11 and the P-type semiconductor 12 are spaced apart from each other and disposed side by side. The upper electrode 15 is disposed on one side of the N and P type semiconductors 11 and 12, and the first and second lower electrodes 13 and 14 are disposed on the opposite side of the N and P type semiconductors 11 and 12 do. For example, the upper electrode 15 may be disposed on the N, P type semiconductors 11 and 12, and the first and second lower electrodes 13 and 14 are N, P type semiconductors 11 and 12 ) Can be placed underneath.

상부전극(15)은 N형 반도체(11)와 P형 반도체(12)를 연결하도록, N, P형 반도체(11, 12)와 접촉한다. 제1 하부전극(13)은, N형 반도체(11)의 하부에 부착될 수 있고, 제2 하부전극(14)은 P형 반도체(12)의 하부에 부착될 수 있다. The upper electrode 15 contacts the N and P type semiconductors 11 and 12 to connect the N type semiconductor 11 and the P type semiconductor 12. The first lower electrode 13 may be attached to the lower portion of the N-type semiconductor 11, and the second lower electrode 14 may be attached to the lower portion of the P type semiconductor 12.

상부전극(15)과 제1, 2 하부전극(13, 14)은 전기전도도가 높은 물질(예: 도체)일 수 있다. The upper electrode 15 and the first and second lower electrodes 13 and 14 may be made of a material (eg, a conductor) having high electrical conductivity.

이 때, 상부전극(15)의 상부에서 열(H)을 가하면 상부전극(15)은 고온이 되고, 제1, 2 하부전극(13, 14)은 저온이 되어 온도차가 형성된다. 상기 온도차로 인해 N, P형 반도체(11, 12)에 기전력이 발생한다. 구체적으로, N, P형 반도체(11, 12)의 전하 운반자(charge carrier)가 모두 고온에서 저온으로 움직이게 된다. 따라서 N형 반도체(11)에서는 전자가 상부에서 하부로 흐르며, P형 반도체(11)에서는 정공(positive hole)이 상부에서 하부로 흐르게 된다. 따라서, 제1 하부전극(13)과 제2 하부전극(14)을 연결하는 회로에서, 도 1과 같이 전류(I)가 시계 방향으로 흐르게 된다. At this time, when heat H is applied from the upper portion of the upper electrode 15, the upper electrode 15 becomes high temperature, and the first and second lower electrodes 13 and 14 become low temperature, thereby forming a temperature difference. Electromotive force is generated in the N and P type semiconductors 11 and 12 due to the temperature difference. Specifically, charge carriers of the N and P type semiconductors 11 and 12 all move from high temperature to low temperature. Therefore, in the N-type semiconductor 11, electrons flow from top to bottom, and in the P-type semiconductor 11, positive holes flow from top to bottom. Accordingly, in a circuit connecting the first lower electrode 13 and the second lower electrode 14, the current I flows in a clockwise direction as shown in FIG. 1.

상술한 바와 같이 온도 차이에 의해서 기전력이 생기는 효과를 열전 효과라고 한다. 본 발명에서는 이러한 열전 효과를 이용하는 열전발전소자에 있어서, 마찰대전 소자와의 결합으로 인해 출력 효율을 증대시킬 수 있는 열전발전소자를 제공한다. As described above, the effect of generating an electromotive force due to a temperature difference is called a thermoelectric effect. In the present invention, in a thermoelectric power generation device using such a thermoelectric effect, a thermoelectric power generation device capable of increasing output efficiency due to combination with a triboelectric charging device is provided.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)를 개략적으로 도시한다. 2 schematically illustrates a thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 열전발전소자(100)는, 제1 전극(101), 제2 전극(102), 제3 전극(103), P형 반도체 층(120), 및 유전체 층(160)을 포함할 수 있다. 2, the thermoelectric power element 100 includes a first electrode 101, a second electrode 102, a third electrode 103, a P-type semiconductor layer 120, and a dielectric layer 160. Can include.

제1 전극(101)과 제2 전극(102)은, P형 반도체 층(120)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 일 예를 들면, 제1 전극(101)은 P형 반도체 층(120)의 하부에 배치되고, 제2 전극(102)은 P형 반도체 층(120)의 상부에 배치될 수 있다. The first electrode 101 and the second electrode 102 may be disposed on both sides of the P-type semiconductor layer 120, respectively. For example, the first electrode 101 may be disposed under the P-type semiconductor layer 120, and the second electrode 102 may be disposed over the P-type semiconductor layer 120.

제1, 2 전극(101, 102)은 전기전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 일 예를 들면, 제1, 2 전극(101, 102)은 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), ITO(Indium Tin Oxide), 금속, 및 전도성 폴리머로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 금속은 예를 들면, Ag, Al, Cu, Au, Ni, Cr 및 Pt으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제1, 2 전극(101, 102)은 단층 구조 또는 복수의 층 구조를 가질 수 있다.The first and second electrodes 101 and 102 may include a material having excellent electrical conductivity. For example, the first and second electrodes 101 and 102 are at least selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube (CNT), indium tin oxide (ITO), metal, and conductive polymer. It may contain one substance. Here, the metal may include, for example, at least one selected from the group consisting of Ag, Al, Cu, Au, Ni, Cr, and Pt, but is not limited thereto. The first and second electrodes 101 and 102 may have a single layer structure or a plurality of layer structures.

제1 전극(101)과 제2 전극(102)은 P형 반도체 층(120)의 양 측에서 P형 반도체 층(120)과 접촉하면서, P형 반도체 층(120)의 외부에서 회로로 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극(102), P형 반도체 층(120), 및 제1 전극(101)은 폐회로를 구성할 수 있다. 따라서, 제2 전극(102)의 상부에서 열(H)을 가하면 제2 전극(102)은 고온이 되고 제1 전극(101)은 저온이 되어, P형 반도체 층(120)의 정공(positive hole)이 상부에서 하부로 흐르게 되어, 상기 폐회로를 통해 전류(I)가 흐를 수 있다. 즉, 제2 전극(102)에서 P형 반도체 층(120)을 통해 제1 전극(101)을 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다. The first electrode 101 and the second electrode 102 may be connected to a circuit from the outside of the P-type semiconductor layer 120 while contacting the P-type semiconductor layer 120 on both sides of the P-type semiconductor layer 120. have. That is, the second electrode 102, the P-type semiconductor layer 120, and the first electrode 101 may constitute a closed circuit. Therefore, when heat (H) is applied from the top of the second electrode 102, the second electrode 102 becomes high temperature and the first electrode 101 becomes low temperature, and thus, a positive hole of the P-type semiconductor layer 120 ) Flows from the top to the bottom, so that the current I can flow through the closed circuit. That is, a current may flow from the second electrode 102 toward the first electrode 101 through the P-type semiconductor layer 120.

P형 반도체 층(120)은 열전 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들면, P형 반도체 층(120)은 Bi2Te3, SnSe, Sb2Te4, 또는 CuSe, 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않는다. The P-type semiconductor layer 120 may be made of a thermoelectric material. For example, the P-type semiconductor layer 120 may include at least one of Bi 2 Te 3 , SnSe, Sb 2 Te 4 , or CuSe. However, it is not limited thereto.

한편, 제1 전극(101)의 하부에는 유전체 층(160)이 배치될 수 있다. 다시 말하면, 유전체 층(160)은, 제1 전극(101)을 기준으로 P형 반도체 층(120)의 반대 측에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전체 층(160)의 적어도 일부는 제1 전극(101)과 접촉될 수 있다. 유전체 층(160)은, 음전하 대전체일 수 있다. Meanwhile, a dielectric layer 160 may be disposed under the first electrode 101. In other words, the dielectric layer 160 may be disposed on the opposite side of the P-type semiconductor layer 120 with respect to the first electrode 101. According to an embodiment, at least a portion of the dielectric layer 160 may be in contact with the first electrode 101. The dielectric layer 160 may be a negatively charged material.

유전체 층(160)은, 후술되는 제3 전극(103)과의 접촉에 의해 음전하로 대전되는 것으로, 전기전도도가 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전체 층(160)은 polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon), polydimethylsiloxane(PDMS), polyvinyl chloride(PVC), polyimide(Kapton), polypropylene(PP), polyethylene(PE), polyvinylidenefluoride(PVDF), polyimide, 또는 polystyrene(PS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 유전체 층(160)은 제3 전극(103)과의 접촉에 의해 음전하로 대전될 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예들에서, 유전체 층(160)은, 금속, 세라믹, 또는 폴리머 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The dielectric layer 160 is negatively charged by contact with the third electrode 103 to be described later, and may include a material having low electrical conductivity. For example, the dielectric layer 160 is polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl chloride (PVC), polyimide (Kapton), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinylidenefluoride (PVDF), polyimide, Alternatively, at least one of polystyrene (PS) may be included. However, the present invention is not limited thereto, and the dielectric layer 160 may include various materials capable of being negatively charged by contact with the third electrode 103. In some embodiments, the dielectric layer 160 may include at least one of a metal, ceramic, or polymer material.

제3 전극(103)은 유전체 층(160)의 하부에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 제3 전극(103)은 유전체 층(160)을 기준으로, 제1 전극(101)의 반대 측에 배치될 수 있다. 제3 전극(103)은 유전체 층(160)과 이격되도록 배치될 수 있으며, 제3 전극(103)의 움직임에 따라 유전체 층(160)과 단속적으로 접촉할 수 있다. 예를 들면 제3 전극(103)은 외력이 가해지지 않은 상태에서는 유전체 층(160)과 이격되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)의 단속적인 접촉을 위하여, 유전체 층(160)과 제3 전극(103) 중 적어도 하나는 플렉시블(flexible)한 재질로 형성될 수 있다.The third electrode 103 may be disposed under the dielectric layer 160. In other words, the third electrode 103 may be disposed on the opposite side of the first electrode 101 with respect to the dielectric layer 160. The third electrode 103 may be disposed to be spaced apart from the dielectric layer 160, and may intermittently contact the dielectric layer 160 according to the movement of the third electrode 103. For example, the third electrode 103 may be formed to be spaced apart from the dielectric layer 160 when no external force is applied. According to an embodiment, for intermittent contact between the dielectric layer 160 and the third electrode 103, at least one of the dielectric layer 160 and the third electrode 103 may be formed of a flexible material. I can.

제3 전극(103)은 유전체 층(160)과의 접촉에 의해 양전하로 대전되는, 양전하 대전체가 될 수 있다. 제3 전극(103)은 전기전도도가 높은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 제3 전극(103)은 예를 들면, Al, Cu, Ag, Au, Nylon, Paper, 또는 steel 등을 포함할 수 있다. 제3 전극(103)은 예를 들면 poly(methylmethacrylate)(PMMA)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 전극(103)은 유전체 층(160)과의 접촉에 의해 양전하로 대전될 수 있는 다양한 도전성 물질을 포함할 수 있다. The third electrode 103 may be a positively charged charger that is positively charged by contact with the dielectric layer 160. The third electrode 103 may include a conductive material having high electrical conductivity. The third electrode 103 may include, for example, Al, Cu, Ag, Au, Nylon, Paper, or steel. The third electrode 103 may include, for example, poly(methylmethacrylate) (PMMA). However, the present invention is not limited thereto, and the third electrode 103 may include various conductive materials capable of being positively charged by contact with the dielectric layer 160.

유전체 층(160)과 제3 전극(103) 중 적어도 하나는 그 표면의 대전 특성을 조절하기 위해 p형 도펀트 또는 n형 도펀트로 도핑될 수 있다. 유전체 층(160)과 제3 전극(103)은 마찰대전에 의한 전계 효과를 일으키는 한 쌍의 대전체를 형성할 수 있다. 즉, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)은 마찰에 의해 유전체 층(160)은 음전하로 대전될 수 있고, 제3 전극(103)은 양전하로 대전될 수 있다. At least one of the dielectric layer 160 and the third electrode 103 may be doped with a p-type dopant or an n-type dopant to adjust the charging characteristics of the surface. The dielectric layer 160 and the third electrode 103 may form a pair of chargers that cause an electric field effect due to frictional charging. That is, the dielectric layer 160 and the third electrode 103 may be charged with negative charges due to friction, and the third electrode 103 may be charged with positive charges.

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)의 마찰 전계 효과로 인해, 열전발전소자(100)의 출력(예를 들면 출력 전류 또는 출력 전압)이 증가할 수 있다. 즉, 제2 전극(102)의 상부에서 열(H)을 가하여 제2 전극(102)에 고온을 형성하고 제1 전극(101)에 저온을 형성하면 전류(I)가 발생하는데, 이 때 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 없는 구조보다, 유전체 층(160) 및 제3 전극(103)을 포함하는 열전발전소자(100)의 출력 전류(I)가 더 클 수 있다. According to various embodiments of the present invention, due to the triboelectric field effect of the dielectric layer 160 and the third electrode 103, the output (for example, output current or output voltage) of the thermoelectric power element 100 may increase. I can. That is, when heat (H) is applied from the top of the second electrode 102 to form a high temperature in the second electrode 102 and a low temperature in the first electrode 101, a current (I) is generated. The output current I of the thermoelectric power element 100 including the dielectric layer 160 and the third electrode 103 may be greater than the structure without the layer 160 and the third electrode 103.

또는, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 없는 구조보다, 유전체 층(160) 및 제3 전극(103)을 포함하는 열전발전소자(100)에서, 제2 전극(102)과 제1 전극(101) 사이의 전위차(또는 출력 전압)가 더 커질 수 있다. Alternatively, in the thermoelectric power device 100 including the dielectric layer 160 and the third electrode 103, rather than a structure without the dielectric layer 160 and the third electrode 103, the second electrode 102 and the second electrode 102 The potential difference (or output voltage) between the first electrodes 101 may be larger.

도 3은 도 2에 도시된 열전발전소자(100)의 출력이 증대되는 메커니즘을 개략적으로 도시한다. 3 schematically shows a mechanism by which the output of the thermoelectric power element 100 shown in FIG. 2 is increased.

도 3의 (a)는 열전발전소자(100)(또는 제3 전극(103))에 외력이 가해지지 않아, 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 이격된 상태를 도시한다. 도 3의 (b)는 열전발전소자(100)(또는 제3 전극(103))에 외력이 가해지는 동안, 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 서로 가까워지는 상태를 도시한다. 도 3의 (c)는 상기 외력에 의해 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 서로 접촉된 상태를 도시하며, 도 3의 (d)는 상기 외력이 해제되어, 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 다시 서로 멀어지고 있는 상태를 도시한다. 3A shows a state in which the third electrode 103 and the dielectric layer 160 are spaced apart from each other because no external force is applied to the thermoelectric power element 100 (or the third electrode 103). 3B shows a state in which the third electrode 103 and the dielectric layer 160 are close to each other while an external force is applied to the thermoelectric power element 100 (or the third electrode 103). 3(c) shows a state in which the third electrode 103 and the dielectric layer 160 are in contact with each other by the external force, and FIG. 3(d) shows that the external force is released and the third electrode 103 ) And the dielectric layer 160 again show a state in which they are moving away from each other.

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 도 3의 (a) 내지 (d)의 과정은 외력에 따른 제3 전극(103)의 움직임에 따라 불규칙적으로 반복될 수 있다. 또한, 도 3의 (a) 내지 (d)은, 제2 전극(102)이 제1 전극(101)보다 고온인 상황을 나타낸다. 따라서 도 3의 (a) 내지 (d)에서, P형 반도체 층(120)의 정공이 제2 전극(102)에서 제1 전극(101) 방향으로 움직여, 전류(I)가 반시계 방향으로 흐를 수 있다. According to various embodiments of the present disclosure, the processes of FIGS. 3A to 3D may be irregularly repeated according to the movement of the third electrode 103 according to an external force. In addition, FIGS. 3A to 3D show a situation where the second electrode 102 is higher than the first electrode 101. Accordingly, in FIGS. 3A to 3D, holes in the P-type semiconductor layer 120 move from the second electrode 102 to the first electrode 101, so that the current I flows in the counterclockwise direction. I can.

도 3의 (c)와 같이 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 서로 접촉되면, 마찰대전 효과로써 유전체 층(160)은 음전하로 대전되고, 제3 전극(103)은 양전하로 대전된다. 유전체 층(160)에 대전된 음전하는, 제1 전극(101)에 전계 효과(field effect)를 주어, 제1 전극(101)에 분극(polarization) 또는 전하 분리를 일으킬 수 있다. 즉 상술한 전계 효과로 인해, 제1 전극(101) 내에서 유전체 층(160)에 접촉된 면(예: 하면)에는 양전하가 유도되고, P형 반도체 층(120)에 접촉된 면(예: 상면)에는 음전하가 유도된다. When the third electrode 103 and the dielectric layer 160 come into contact with each other as shown in FIG. 3C, the dielectric layer 160 is charged with a negative charge and the third electrode 103 is charged with a positive charge due to the triboelectric effect. do. A negative charge charged to the dielectric layer 160 may give a field effect to the first electrode 101, thereby causing polarization or charge separation in the first electrode 101. That is, due to the electric field effect described above, a positive charge is induced in the first electrode 101 in contact with the dielectric layer 160 (eg, the lower surface), and the surface in contact with the P-type semiconductor layer 120 (eg, On the upper surface), a negative charge is induced.

또한 상술한 전계 효과는, P형 반도체 층(120)의 정공(positive hole)에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 상술한 전계 효과는 P형 반도체 층(120)에 정공을 더 많이 유도할 수 있다. 따라서, 유전체 층(160) 및 제3 전극(103)이 없는 구조보다, 본 발명의 일 실시예와 같이 유전체 층(160) 및 제3 전극(103)을 포함하는 열전발전소자(100)가 더 큰 전류(I)를 발생시킬 수 있다. In addition, the electric field effect described above may affect the positive holes of the P-type semiconductor layer 120. For example, the electric field effect described above may induce more holes in the P-type semiconductor layer 120. Therefore, than the structure without the dielectric layer 160 and the third electrode 103, the thermoelectric power element 100 including the dielectric layer 160 and the third electrode 103 as in the embodiment of the present invention is more It can generate a large current (I).

또한, 도 3의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)의 거리에 따라 출력 전류(I)의 크기가 변할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 더 가까울수록 P형 반도체 층(120)에 정공이 더 많이 유도되고, 따라서 더 큰 전류가 흐를 수 있다. 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 멀어질수록 P형 반도체 층(120)에 정공이 더 적게 유도되고, 따라서 더 작은 전류가 흐를 수 있다. 예를 들면, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 접촉될 때, 제1 전극(101) 및 P형 반도체 층(120)에 전계 효과가 크게 미치고, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 이격될 때, 제1 전극(101) 및 P형 반도체 층(120)에 전계 효과가 적게 미칠 수 있다. In addition, referring to FIGS. 3A to 3D, the magnitude of the output current I may vary according to the distance between the dielectric layer 160 and the third electrode 103. According to an embodiment, the closer the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are, the more holes are induced in the P-type semiconductor layer 120, and thus, a larger current may flow. As the dielectric layer 160 and the third electrode 103 move away from each other, fewer holes are induced in the P-type semiconductor layer 120, and thus, a smaller current may flow. For example, when the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are in contact, the electric field effect is greatly exerted on the first electrode 101 and the P-type semiconductor layer 120, and the dielectric layer 160 and the third electrode 103 When the electrodes 103 are separated from each other, the electric field effect may be reduced to the first electrode 101 and the P-type semiconductor layer 120.

이러한 이유는 예를 들면, 도 3의 (c)와 같이 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 접촉된 후, 도 3의 (d), (a)와 같이 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 이격되는 과정에서, 대전된 음전하 또는 양전하의 손실(loss)에 의한 것일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않으며 다양한 원인이 존재할 수 있다. This reason is, for example, after the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are in contact with each other as shown in FIG. 3(c), and then the dielectric layer 160 and the dielectric layer 160 as shown in FIGS. 3(d) and (a). In the process of the third electrode 103 being spaced apart, it may be due to a loss of charged negative or positive charges. However, it is not limited thereto, and various causes may exist.

결론적으로, 제3 전극(103)이 유전체 층(160)에 접촉될 때 제1 전극(101)에서 나와서 제2 전극(102)으로 들어가는 출력 전류(I)가 가장 증가할 수 있다. 즉, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 접촉될 때 출력 전류(I) 값이 가장 크고, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 이격될 때, 출력 전류(I) 값이 작아질 수 있다. 하지만, 유전체 층(160)과 제3 전극(103)이 이격될 때에도 P형 반도체 층(120)에 전계 효과가 미치기 때문에, 유전체 층(160) 및 제3 전극(103)이 없는 구조보다는 더 큰 전류를 발생시킬 수 있다. In conclusion, when the third electrode 103 contacts the dielectric layer 160, the output current I coming out of the first electrode 101 and entering the second electrode 102 may increase the most. That is, when the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are in contact, the output current (I) is the largest, and when the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are separated, the output current (I) The value can be small. However, since the electric field effect exerts on the P-type semiconductor layer 120 even when the dielectric layer 160 and the third electrode 103 are separated from each other, it is larger than the structure without the dielectric layer 160 and the third electrode 103. It can generate electric current.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 출력 전압을 측정한 그래프를 도시한다. 4 is a graph illustrating a measurement of the output voltage of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4의 그래프는, 시간에 따라 열전발전소자(100)의 출력 전압의 변화를 측정한 그래프이다. 출력 전압은 예를 들면 제2 전극(102)과 제1 전극(101) 사이의 전위차를 나타낼 수 있다. 출력 전압의 변화 측정하는 동안 열전발전소자(100)에 외력이 불규칙적으로 가해져서, 제3 전극(103)이 유전체 층(160)에 접촉과 이격됨이 불규칙적으로 반복되었다. 그래프를 참조하면, 제3 전극(103)이 유전체 층(160)에 접촉될 때, 출력 전압이 약 200 uV 이상으로 증가하고, 제3 전극(103)과 유전체 층(160)이 이격될 때 출력 전압이 약 100 uV 이하로 측정되었다. The graph of FIG. 4 is a graph measuring a change in the output voltage of the thermoelectric power element 100 over time. The output voltage may represent, for example, a potential difference between the second electrode 102 and the first electrode 101. During the measurement of the change in the output voltage, an external force was irregularly applied to the thermoelectric power element 100, so that the third electrode 103 was in contact with the dielectric layer 160 and spaced apart from each other repeatedly. Referring to the graph, when the third electrode 103 is in contact with the dielectric layer 160, the output voltage increases to about 200 uV or more, and the output when the third electrode 103 and the dielectric layer 160 are spaced apart. The voltage was measured to be less than about 100 uV.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)와 비교하기 위한 열전발전소자(200)를 도시한다. 5A shows a thermoelectric power device 200 for comparison with the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 비교예로써의 열전발전소자(200)는, P형 반도체 층(220), 제1 전극(201), 제2 전극(202), 음전하 대전체로써의 제3 전극(203), 양전하 대전체로써의 유전체 층(250)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5A, the thermoelectric power element 200 as a comparative example includes a P-type semiconductor layer 220, a first electrode 201, a second electrode 202, and a third electrode 203 as a negatively charged charge. ), may include a dielectric layer 250 as a positively charged charger.

비교예로써의 열전발전소자(200)의 제1 전극(201), 제2 전극(202), P형 반도체 층(220)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 제1 전극(101), 제2 전극(102), P형 반도체 층(120)에 각각 상응한다. The first electrode 201, the second electrode 202, and the P-type semiconductor layer 220 of the thermoelectric power device 200 as a comparative example are made of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention. They correspond to the first electrode 101, the second electrode 102, and the P-type semiconductor layer 120, respectively.

열전발전소자(200)가 열전발전소자(100)와 다른 점은, 유전체 층(250)이 제3 전극(203)과 접촉했을 때 유전체 층(250)이 양전하로 대전되고 제3 전극(203)이 음전하로 대전된다는 점이다. 즉, 열전발전소자(200)에서는, 유전체 층(250)은 양전하로 대전되는 물질(예: PMMA)로 구성되고, 제3 전극(203)은 음전하로 대전되는 물질(예: Kapton)로 구성된 것을 가정한다. The difference between the thermoelectric power device 200 and the thermoelectric power device 100 is that when the dielectric layer 250 contacts the third electrode 203, the dielectric layer 250 is positively charged and the third electrode 203 It is charged with this negative charge. That is, in the thermoelectric power device 200, the dielectric layer 250 is made of a material charged with a positive charge (eg, PMMA), and the third electrode 203 is made of a material charged with a negative charge (eg, Kapton). I assume.

이러한 열전발전소자(200)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)에 비해 출력 성능이 현저히 떨어지게 된다. 왜냐하면, 제3 전극(203)과의 접촉에 의해 유전체 층(250)이 양전하로 대전되므로, 열전발전소자(100)와는 반대의 전계 효과를 제1 전극(201)과 P형 반도체 층(220)에 주기 때문이다. 즉, 유전체 층(250)에 대전된 양전하가 제1 전극(201)에 전계 효과를 주어, 제1 전극(201)의 하부에는 음전하가 유도되고, 제1 전극(201)의 상부에는 양전하가 유도된다. 이러한 전계 효과는 P형 반도체 층(220)의 정공에도 영향을 주어, 정공의 유도를 저해할 수 있다. 따라서, 열전발전소자(200)와 같이 유전체 층(250)을 양전하 대전체로 구성하고, 제3 전극(203)을 음전하 대전체로 구성하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)에 비해 출력 전류(I)가 감소하게 된다. The thermoelectric power generation device 200 has a significantly lower output performance compared to the thermoelectric power generation device 100 according to an embodiment of the present invention. Because the dielectric layer 250 is positively charged by contact with the third electrode 203, the first electrode 201 and the P-type semiconductor layer 220 have an electric field effect opposite to that of the thermoelectric power element 100. Because it gives to. That is, the positive charge charged to the dielectric layer 250 exerts an electric field effect on the first electrode 201, so that a negative charge is induced under the first electrode 201, and a positive charge is induced over the first electrode 201. do. Such an electric field effect may also affect holes in the P-type semiconductor layer 220, thereby inhibiting induction of holes. Accordingly, when the dielectric layer 250 is composed of a positively charged charger and the third electrode 203 is formed of a negatively charged charger, like the thermoelectric power element 200, the thermoelectric power generation device according to an embodiment of the present invention ( The output current (I) decreases compared to 100).

도 5b는 도 5b에 도시된 비교예로써의 열전발전소자(200)의 출력 전압을 측정한 그래프를 도시한다. 5B is a graph illustrating a measurement of the output voltage of the thermoelectric power element 200 as a comparative example shown in FIG. 5B.

도 5b의 그래프는, 시간에 따라 열전발전소자(200)의 출력 전압의 변화를 측정한 그래프이다. 출력 전압은 예를 들면 제2 전극(202)과 제1 전극(201) 사이의 전위차를 나타낼 수 있다. 출력 전압의 변화 측정하는 동안 열전발전소자(200)에 외력이 불규칙적으로 가해져서, 제3 전극(203)이 유전체 층(250)에 접촉과 이격됨이 불규칙적으로 반복되었다. 그래프를 참조하면, 비교예로써의 열전발전소자(200)의 출력 전압은 약 50 uV 이하로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 출력 전압보다 낮게 측정되었다. The graph of FIG. 5B is a graph measuring a change in the output voltage of the thermoelectric power element 200 over time. The output voltage may represent, for example, a potential difference between the second electrode 202 and the first electrode 201. During the measurement of the change in the output voltage, an external force was irregularly applied to the thermoelectric power element 200, so that the third electrode 203 was in contact with and spaced apart from the dielectric layer 250. Referring to the graph, the output voltage of the thermoelectric power device 200 as a comparative example is about 50 uV or less, and is measured to be lower than the output voltage of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 유전체 층(160)의 다양한 구조를 개념적으로 도시한다. 6A and 6B conceptually illustrate various structures of the dielectric layer 160 of the thermoelectric power device 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(100)의 유전체 층(160)과 제3 전극(103)은, 마찰대전 효과를 발생시킬 수 있는 한 쌍의 대전체를 이룬다. 마찰대전은 두 대전체의 마찰 시 나타나는 물질 간의 전하 이동 현상에 의한 것으로, 실내외의 다양한 기계진동을 이용할 수 있으며, 풍력, 파도, 인간의 움직임, 자동차의 엔진 등 주변의 모든 기계적 에너지를 이용할 수 있다. 따라서 제3 전극(103)을 유전체 층(160)에 단속적으로 접촉하게 하는 방법은 다양할 수 있다. The dielectric layer 160 and the third electrode 103 of the thermoelectric power device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention form a pair of charge bodies capable of generating a triboelectric charge effect. Frictional charging is caused by the transfer of electric charges between substances that appear when two mains are rubbed, and can use various mechanical vibrations indoors and outdoors, and all the mechanical energy around it, such as wind power, waves, human movement, and automobile engines, can be used. . Therefore, a method of intermittently contacting the third electrode 103 with the dielectric layer 160 may be various.

도 6a를 참조하면, 제1 전극(101)의 하부에 배치되는 유전체 층(160-1)을 바람개비 모양으로 형성할 수 있다. 유전체 층(160-1)의 상부는 제1 전극(101)의 적어도 일부와 접촉할 수 있고, 유전체 층(160-1)의 하부는 제3 전극(103)의 적어도 일부와 접촉할 수 있다. 유전체 층(160-1)은 예를 들면 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 바람에 의해 유전체 층(160-1)이 회전하면서, 열전발전소자(100)가 구동될 수 있다. Referring to FIG. 6A, the dielectric layer 160-1 disposed under the first electrode 101 may be formed in a pinwheel shape. An upper portion of the dielectric layer 160-1 may contact at least a portion of the first electrode 101, and a lower portion of the dielectric layer 160-1 may contact at least a portion of the third electrode 103. The dielectric layer 160-1 may be formed to be flexible, for example. As the dielectric layer 160-1 rotates by wind, the thermoelectric power element 100 may be driven.

도 6b를 참조하면, 유전체 층(160-2)이 바람에 의해 진동하도록 형성할 수 있다. 유전체 층(160-2)의 상부는 제1 전극(101)의 적어도 일부와 접촉할 수 있고, 유전체 층(160-2)의 하부는 제3 전극(103)의 적어도 일부와 접촉할 수 있다. 유전체 층(160-2)은 예를 들면 플렉시블(flexible)하게 형성될 수 있다. 바람이나 주변의 기계적 진동에 의해 유전체 층(160-2)이 진동하면서, 열전발전소자(100)가 구동될 수 있다. Referring to FIG. 6B, the dielectric layer 160-2 may be formed to vibrate by wind. An upper portion of the dielectric layer 160-2 may contact at least a portion of the first electrode 101, and a lower portion of the dielectric layer 160-2 may contact at least a portion of the third electrode 103. The dielectric layer 160-2 may be formed to be flexible, for example. The thermoelectric power element 100 may be driven while the dielectric layer 160-2 is vibrated by wind or surrounding mechanical vibration.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전발전소자(300)를 개략적으로 도시한다. 7 schematically shows a thermoelectric power device 300 according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 열전발전소자(300)는, 제1 전극(301), 제2 전극(302), 제3 전극(303), N형 반도체 층(310), 및 유전체 층(350)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, the thermoelectric power device 300 includes a first electrode 301, a second electrode 302, a third electrode 303, an N-type semiconductor layer 310, and a dielectric layer 350. Can include.

열전발전소자(300)의 제1 전극(301) 및 제2 전극(302)은, 열전발전소자(100)의 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)에 상응할 수 있다.The first electrode 301 and the second electrode 302 of the thermoelectric power element 300 may correspond to the first electrode 101 and the second electrode 102 of the thermoelectric power element 100.

열전발전소자(100)와 비교할 때 열전발전소자(300)는, P형 반도체 층(120) 대신에 N형 반도체 층(310)을 포함할 수 있다. 따라서 열전발전소자(300)의 전하 운반자(charge carrier)는 전자가 되고, 제2 전극(302)의 상부에서 열을 가할 경우 N형 반도체 층(310)에서 전자가 상부에서 하부로 흐르게 되어, 도 7에서 시계방향으로 전류가 흐를 수 있다.Compared with the thermoelectric power device 100, the thermoelectric power device 300 may include an N-type semiconductor layer 310 instead of the P-type semiconductor layer 120. Therefore, the charge carrier of the thermoelectric power element 300 becomes electrons, and when heat is applied from the top of the second electrode 302, electrons flow from the top to the bottom in the N-type semiconductor layer 310, Current can flow clockwise at 7.

또한 열전발전소자(100)와 비교할 때 열전발전소자(300)는, 유전체 층(350)이 제3 전극(303)과 접촉했을 때 유전체 층(350)이 양전하로 대전되고 제3 전극(303)이 음전하로 대전된다. 이는, N형 반도체 층(310)에서 전하 운반자가 전자이기 때문에, N형 반도체 층(310)에 출력을 증대시킬 수 있는 전계 효과를 주기 위해서이다. In addition, when compared with the thermoelectric power device 100, the thermoelectric power device 300, when the dielectric layer 350 contacts the third electrode 303, the dielectric layer 350 is positively charged and the third electrode 303 It is charged with this negative charge. This is because the charge carrier in the N-type semiconductor layer 310 is an electron, so that the N-type semiconductor layer 310 is to give an electric field effect that can increase the output.

열전발전소자(300)에서 제1 전극(301)과 제2 전극(302)은, N형 반도체 층(310)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 일 예를 들면, 제1 전극(301)은 N형 반도체 층(310)의 하부에 배치되고, 제2 전극(302)은 N형 반도체 층(310)의 상부에 배치될 수 있다.In the thermoelectric power device 300, the first electrode 301 and the second electrode 302 may be disposed on both sides of the N-type semiconductor layer 310, respectively. For example, the first electrode 301 may be disposed under the N-type semiconductor layer 310, and the second electrode 302 may be disposed over the N-type semiconductor layer 310.

제1 전극(301)과 제2 전극(302)은 N형 반도체 층(310)의 외부에서 회로로 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극(302), N형 반도체 층(310), 및 제1 전극(301)은 폐회로를 구성할 수 있다. 따라서, 제2 전극(302)의 상부에서 열(H)을 가하면 제2 전극(302)은 고온이 되고 제1 전극(301)은 저온이 되어, N형 반도체 층(310)의 전자가 상부에서 하부로 흐르게 되어, 상기 폐회로를 통해 전류(I)가 흐를 수 있다. 즉, 제1 전극(301)에서 N형 반도체 층(310)을 통해 제2 전극(302)을 향하는 방향으로 전류가 흐를 수 있다. The first electrode 301 and the second electrode 302 may be connected to a circuit outside the N-type semiconductor layer 310. That is, the second electrode 302, the N-type semiconductor layer 310, and the first electrode 301 may constitute a closed circuit. Therefore, when heat (H) is applied from the top of the second electrode 302, the second electrode 302 becomes high temperature and the first electrode 301 becomes low temperature, and electrons of the N-type semiconductor layer 310 are As it flows downward, current I may flow through the closed circuit. That is, a current may flow from the first electrode 301 to the second electrode 302 through the N-type semiconductor layer 310.

한편, 제1 전극(301)의 하부에는 유전체 층(350)이 배치될 수 있다. 유전체 층(350)의 적어도 일부는 제1 전극(301)과 접촉될 수 있다. 유전체 층(350)은, 양전하 대전체일 수 있다. Meanwhile, a dielectric layer 350 may be disposed under the first electrode 301. At least a portion of the dielectric layer 350 may be in contact with the first electrode 301. The dielectric layer 350 may be a positively charged charger.

유전체 층(350)은 제3 전극(303)과의 접촉에 의해 양전하로 대전되는 물질로, 전기전도도가 높은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 유전체 층(350)은 예를 들면, Al, Cu, Ag, Au, 또는 steel 등을 포함할 수 있다. 유전체 층(350)은 예를 들면 poly(methylmethacrylate)(PMMA)를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The dielectric layer 350 is a material that is positively charged by contact with the third electrode 303 and may include a conductive material having high electrical conductivity. The dielectric layer 350 may include, for example, Al, Cu, Ag, Au, or steel. The dielectric layer 350 may include, for example, poly(methylmethacrylate) (PMMA). However, it is not limited thereto.

제3 전극(303)은 유전체 층(350)의 하부에 배치될 수 있다. 제3 전극(303)은 유전체 층(350)과 이격되도록 배치될 수 있으며, 제3 전극(303)의 움직임에 따라 유전체 층(350)과 단속적으로 접촉할 수 있다. 제3 전극(303)은 음전하 대전체일 수 있다.The third electrode 303 may be disposed under the dielectric layer 350. The third electrode 303 may be disposed to be spaced apart from the dielectric layer 350, and may intermittently contact the dielectric layer 350 according to the movement of the third electrode 303. The third electrode 303 may be a negatively charged charger.

제3 전극(303)은, 유전체 층(350)과의 접촉에 의해 음전하로 대전되는 것으로, 전기전도도가 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전체 층(160)은 polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon), polydimethylsiloxane(PDMS), polyvinyl chloride(PVC), polyimide(Kapton), polypropylene(PP), polyethylene(PE) 또는 polystyrene(PS) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The third electrode 303 is negatively charged by contact with the dielectric layer 350 and may include a material having low electrical conductivity. For example, the dielectric layer 160 is at least one of polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon), polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinyl chloride (PVC), polyimide (Kapton), polypropylene (PP), polyethylene (PE), or polystyrene (PS). It may include. However, it is not limited thereto.

유전체 층(350)과 제3 전극(303)은 마찰에 의해 제3 전극(303)은 음전하로 대전될 수 있고, 유전체 층(350)은 양전하로 대전될 수 있다. 이와 같은 유전체 층(350)과 제3 전극(303)의 마찰 전계 효과로 인해, 열전발전소자(300)의 출력(예를 들면 출력 전류 또는 출력 전압)이 증가할 수 있다. Due to friction between the dielectric layer 350 and the third electrode 303, the third electrode 303 may be charged with a negative charge, and the dielectric layer 350 may be charged with a positive charge. Due to the triboelectric field effect of the dielectric layer 350 and the third electrode 303, the output (for example, output current or output voltage) of the thermoelectric power element 300 may increase.

예를 들면, 유전체 층(350)은 대전된 양전하는 제1 전극(301)에 전계 효과를 주어, 제1 전극(301)에 분극 또는 전하 분리를 일으켜, 제1 전극(301)의 하부에 음전하를 유도하고, 제1 전극(301)의 상부에 양전하를 유도할 수 있다. 이러한 전계 효과는, N형 반도체 층(310)에 더 많은 전자를 유도할 수 있다. 따라서, 유전체 층(350) 및 제3 전극(303)이 없는 구조보다, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자(300)가 더 큰 전류(I)를 발생시킬 수 있다. For example, in the dielectric layer 350, a charged positive charge gives an electric field effect to the first electrode 301, causing polarization or charge separation in the first electrode 301, and a negative charge under the first electrode 301. And induces a positive charge on the top of the first electrode 301. Such an electric field effect may induce more electrons in the N-type semiconductor layer 310. Accordingly, the thermoelectric power element 300 according to an exemplary embodiment of the present invention may generate a larger current I than a structure without the dielectric layer 350 and the third electrode 303.

도시되지는 않았지만, 본 발명은 P형 반도체 층과 N형 반도체 층을 모두 포함하는 열전발전 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전 모듈은, 서로 이격되어 배치된 P형 반도체와 N형 반도체를 포함하고, P형 반도체의 상부와 N형 반도체의 상부를 연결하는 상부전극과, N형 반도체의 하부에 배치되는 제1 하부전극과, 제1 하부전극의 하부에 배치되는 양전하 대전체와, P형 반도체의 하부에 배치되는 제2 하부전극과, 제2 하부전극의 하부에 배치되는 음전하 대전체를 포함할 수 있다. 또한, 상기 양전하 대전체의 하부에는, 상기 양전하 대전체와 접촉했을 때 음전하로 대전되는 제3 전극이 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 상기 음전하 대전체의 하부에는, 상기 음전하 대전체와 접촉했을 때 양전하로 대전되는 제4 전극이 이격되어 배치될 수 있다. Although not shown, the present invention may include a thermoelectric power module including both a P-type semiconductor layer and an N-type semiconductor layer. A thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor disposed spaced apart from each other, an upper electrode connecting an upper portion of the P-type semiconductor and an upper portion of the N-type semiconductor, and an N-type semiconductor A first lower electrode disposed below the first lower electrode, a positive charge charger disposed below the first lower electrode, a second lower electrode disposed below the P-type semiconductor, and a negative charge band disposed below the second lower electrode. May contain all. Further, under the positively charged charger, a third electrode that is charged with a negative charge when contacted with the positively charged charger may be spaced apart and disposed. Further, under the negatively charged charger, a fourth electrode charged with a positive charge when contacted with the negatively charged charger may be spaced apart and disposed.

제3 전극은 외력에 따라 단속적으로 양전하 대전체와 접촉하여, 양전하 대전체를 양전하로 대전시키고, 이로 인해 제1 하부전극 및 N형 반도체에 전계 효과를 줄 수 있다. 따라서 N형 반도체에 더 많은 전자가 유도될 수 있다. The third electrode intermittently contacts the positively charged charger according to an external force, thereby charging the positively charged charger with a positive charge, thereby giving an electric field effect to the first lower electrode and the N-type semiconductor. Therefore, more electrons can be induced in the N-type semiconductor.

제4 전극은 외력에 따라 단속적으로 음전하 대전체와 접촉하여, 음전하 대전체를 음전하로 대전시키고, 이로 인해 제2 하부전극 및 P형 반도체에 전계 효과를 줄 수 있다. 따라서 P형 반도체에 더 많은 정공이 유도될 수 있다. The fourth electrode intermittently contacts the negatively charged charger according to an external force, and charges the negatively charged charger with a negative charge, thereby giving an electric field effect to the second lower electrode and the P-type semiconductor. Therefore, more holes can be induced in the P-type semiconductor.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전 모듈은, 일반적인 열전발전기(10)보다 출력이 증대될 수 있다. Therefore, the thermoelectric power module according to an embodiment of the present invention may have an increased output than that of the general thermoelectric generator 10.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to an embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100, 300: 열전발전소자
101, 301: 제1 전극
102, 302: 제2 전극
103, 303: 제3 전극
120: P형 반도체 층
310: N형 반도체 층
160, 350: 유전체 층100, 300: thermoelectric power plant
101, 301: first electrode
102, 302: second electrode
103, 303: third electrode
120: P-type semiconductor layer
310: N-type semiconductor layer
160, 350: dielectric layer

Claims (18)

P형 반도체 층;
상기 P형 반도체 층의 일 면에 배치되는 제1 전극;
상기 P형 반도체 층의 반대 면에 배치되는 제2 전극;
상기 제1 전극에 대하여 상기 P형 반도체 층의 반대 편에 배치되는 유전체 층;
상기 유전체 층에 대하여 상기 제1 전극의 반대 편에, 상기 유전체 층과 이격되도록 배치되며, 상기 유전체 층에 단속적으로 접촉하는 제3 전극;을 포함하는, 열전발전소자.A P-type semiconductor layer;
A first electrode disposed on one surface of the P-type semiconductor layer;
A second electrode disposed on the opposite surface of the P-type semiconductor layer;
A dielectric layer disposed opposite the P-type semiconductor layer to the first electrode;
And a third electrode disposed to be spaced apart from the dielectric layer on the opposite side of the first electrode with respect to the dielectric layer, and intermittently contacting the dielectric layer. 청구항 1에 있어서,
상기 유전체 층은 상기 제3 전극과의 접촉에 의해 음전하로 대전되며,
상기 제3 전극은 상기 유전체와의 접촉에 의해 양전하로 대전되는, 열전발전소자.The method according to claim 1,
The dielectric layer is negatively charged by contact with the third electrode,
The third electrode is a thermoelectric power element that is charged with a positive charge by contact with the dielectric. 청구항 2에 있어서,
상기 유전체에 대전된 음전하는 상기 제1 전극에 전계 효과를 주어, 상기 제1 전극의 상기 유전체가 배치된 편에는 양전하가 유도되고, 상기 제1 전극의 상기 P형 반도체 층이 배치된 편에는 음전하가 유도되는, 열전발전소자. The method according to claim 2,
The negative charge charged to the dielectric gives an electric field effect to the first electrode, so that a positive charge is induced on the side of the first electrode on which the dielectric is disposed, and a negative charge on the side of the first electrode on which the P-type semiconductor layer is disposed. Is induced, thermoelectric power plant. 청구항 2에 있어서,
상기 유전체에 대전된 음전하는 상기 P형 반도체 층에 전계 효과를 주어, 상기 P형 반도체 층에 정공을 유도하는, 열전발전소자. The method according to claim 2,
The thermoelectric power element, wherein the negative charge charged to the dielectric imparts an electric field effect to the P-type semiconductor layer to induce holes in the P-type semiconductor layer. 청구항 2에 있어서,
상기 제2 전극에 고온을 형성하고 상기 제1 전극에 저온을 형성하면, 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 전위차가 발생하는, 열전발전소자.The method according to claim 2,
When a high temperature is formed in the second electrode and a low temperature is formed in the first electrode, a potential difference is generated between the second electrode and the first electrode. 청구항 5에 있어서,
상기 제3 전극이 상기 유전체와 접촉될 때 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차가, 상기 제3 전극이 상기 유전체와 이격될 때 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이의 전위차보다 큰, 열전발전소자. The method of claim 5,
When the third electrode is in contact with the dielectric, a potential difference between the second electrode and the first electrode is greater than a potential difference between the second electrode and the first electrode when the third electrode is spaced apart from the dielectric. , Thermoelectric power plant. 청구항 2에 있어서,
상기 제3 전극과 상기 유전체가 접촉될 때 상기 P형 반도체 층에 유도되는 정공이, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 이격될 때 상기 P형 반도체 층에 유도되는 정공보다 더 많은, 열전발전소자. The method according to claim 2,
The thermoelectric power element, wherein the number of holes guided to the P-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are in contact with each other are greater than holes guided to the P-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are spaced apart. N형 반도체 층;
상기 N형 반도체 층의 일 면에 배치되는 제1 전극;
상기 N형 반도체 층의 반대 면에 배치되는 제2 전극;
상기 제1 전극에 대하여 상기 N형 반도체 층의 반대 편에 배치되는 유전체 층;
상기 유전체 층에 대하여 상기 제1 전극의 반대 편에, 상기 유전체 층과 이격되도록 배치되며, 상기 유전체 층에 단속적으로 접촉하는 제3 전극;을 포함하는, 열전발전소자.An N-type semiconductor layer;
A first electrode disposed on one surface of the N-type semiconductor layer;
A second electrode disposed on the opposite surface of the N-type semiconductor layer;
A dielectric layer disposed on the opposite side of the N-type semiconductor layer with respect to the first electrode;
And a third electrode disposed to be spaced apart from the dielectric layer on the opposite side of the first electrode with respect to the dielectric layer, and intermittently contacting the dielectric layer. 청구항 8에 있어서,
상기 유전체 층은 상기 제3 전극과의 접촉에 의해 양전하로 대전되며,
상기 제3 전극은 상기 유전체와의 접촉에 의해 음전하로 대전되는, 열전발전소자.The method of claim 8,
The dielectric layer is positively charged by contact with the third electrode,
The third electrode is charged with a negative charge by contact with the dielectric. 청구항 9에 있어서,
상기 유전체에 대전된 양전하는 상기 제1 전극에 전계 효과를 주어, 상기 제1 전극의 상기 유전체가 배치된 편에는 음전하가 유도되고, 상기 제1 전극의 상기 N형 반도체 층이 배치된 편에는 양전하가 유도되는, 열전발전소자. The method of claim 9,
The positive charge charged to the dielectric gives an electric field effect to the first electrode, so that a negative charge is induced on the side of the first electrode on which the dielectric is disposed, and a positive charge on the side of the first electrode on which the N-type semiconductor layer is disposed. Is induced, thermoelectric power plant. 청구항 9에 있어서,
상기 유전체에 대전된 양전하는 상기 N형 반도체 층에 전계 효과를 주어, 상기 N형 반도체 층에 전자를 유도하는, 열전발전소자. The method of claim 9,
The thermoelectric power element, wherein the positive charge charged to the dielectric imparts an electric field effect to the N-type semiconductor layer and induces electrons to the N-type semiconductor layer. 청구항 9에 있어서,
상기 제2 전극에 고온을 형성하고 상기 제1 전극에 저온을 형성하면, 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 전위차가 발생하는, 열전발전소자.The method of claim 9,
When a high temperature is formed in the second electrode and a low temperature is formed in the first electrode, a potential difference is generated between the second electrode and the first electrode. 청구항 9에 있어서,
상기 제3 전극과 상기 유전체가 접촉될 때 상기 N형 반도체 층에 유도되는 전자가, 상기 제3 전극과 상기 유전체가 이격될 때 상기 N형 반도체 층에 유도되는 전자보다 더 많은, 열전발전소자. The method of claim 9,
A thermoelectric power element, wherein electrons induced to the N-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are in contact with each other are greater than electrons induced to the N-type semiconductor layer when the third electrode and the dielectric are spaced apart. 서로 이격되어 배치된 P형 반도체와 N형 반도체;
상기 P형 반도체의 상부와 상기 N형 반도체의 상부를 연결하는 상부전극;
상기 N형 반도체의 하부에 배치되는 제1 하부전극;
상기 제1 하부전극의 하부에 배치되는 양전하 대전체;
상기 P형 반도체의 하부에 배치되는 제2 하부전극;
상기 제2 하부전극의 하부에 배치되는 음전하 대전체;
상기 양전하 대전체의 하부에 이격되어 배치되며 상기 양전하 대전체와 접촉했을 때 음전하로 대전되는 제3 전극;
상기 음전하 대전체의 하부에 이격되어 배치되며 상기 음전하 대전체와 접촉했을 때 양전하로 대전되는 제4 전극;을 포함하는, 열전발전 모듈.A P-type semiconductor and an N-type semiconductor disposed to be spaced apart from each other;
An upper electrode connecting an upper portion of the P-type semiconductor and an upper portion of the N-type semiconductor;
A first lower electrode disposed under the N-type semiconductor;
A positively charged charger disposed under the first lower electrode;
A second lower electrode disposed under the P-type semiconductor;
A negatively charged charge disposed under the second lower electrode;
A third electrode disposed to be spaced apart from the lower portion of the positively charged charger and charged with a negative charge when in contact with the positively charged charger;
And a fourth electrode disposed to be spaced apart from the lower portion of the negatively charged charger and charged with a positive charge when in contact with the negatively charged charger. 청구항 14에 있어서,
상기 제3 전극은 외력에 따라 단속적으로 상기 양전하 대전체와 접촉하고,
상기 양전하 대전체는 상기 제1 하부전극 및 상기 N형 반도체에 전계 효과를 주는, 열전발전 모듈.The method of claim 14,
The third electrode intermittently contacts the positively charged charger according to an external force,
The positively charged charger provides an electric field effect to the first lower electrode and the N-type semiconductor. 청구항 15에 있어서,
상기 전계 효과로 인해 상기 N형 반도체에 전자가 유도되는, 열전발전 모듈. The method of claim 15,
The thermoelectric power module in which electrons are induced into the N-type semiconductor due to the electric field effect. 청구항 14에 있어서,
상기 제4 전극은 외력에 따라 단속적으로 상기 음전하 대전체와 접촉하고,
상기 음전하 대전체는 상기 제2 하부전극 및 상기 P형 반도체에 전계 효과를 주는, 열전발전 모듈.The method of claim 14,
The fourth electrode intermittently contacts the negatively charged charger according to an external force,
The negatively charged charger provides an electric field effect to the second lower electrode and the P-type semiconductor. 청구항 17에 있어서,
상기 전계 효과로 인해 상기 P형 반도체에 정공이 유도되는, 열전발전 모듈. The method of claim 17,
A thermoelectric power module in which holes are induced in the P-type semiconductor due to the electric field effect.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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