스크린 프린팅 공정기법을 이용한 열전 발전소자의 접촉 특성 개선에 관한 연구

Abstract

스크린 프린팅 기법을 이용한 열전 후막 형성 기술은 그 특성상 종래의 다른 기술에 비해 대면적·고집적 소자 개발에 용이하다. 하지만, 스크린 프린팅으로 형성된 열전 후막은 벌크 형 열전 소재에 비해 본질적으로 기공이 많고 표면이 거칠어 표면 산화에 취약하다. 또한 페이스트에 포함되는 산화물 기반의 분말유리원료는 고온 소성 열처리 이후에도 후막 표면에 다량 존재하여 접촉 특성을 저하시키게 되어 열전 발전성능에 심각한 악영향을 초래한다. 본 논문에서는 수소 분위기에서의 열처리를 통해 열전 후막 표면의 산화층을 환원시키고, 불화수소(HF)를 이용한 간단한 수용액 공정을 통해 표면의 분말유리원료를 선택적으로 식각해 접촉 특성을 개선하였다. P-type의 경우 접촉 비저항은 $8.2{\times}10^{-5} {\Omega}{\cdot}cm^2$에서 $3.3{\times}10^{-6} {\Omega}{\cdot}cm^2$로 감소, n-type은 $7.5{\times}10^{-5}{\Omega}{\cdot}cm^2$에서 $4.7{\times}10^{-6}{\Omega}{\cdot}cm^2$로 감소 하였다. 소자 성능지수는 p-type과 n-type 각각 0.301에서 0.595로, 0.247에서 0.481로 증가하였다. 72-커플의 유연 열전 발전소자를 제작하여 발전성능을 측정한 결과 온도 차 20 K에서 약 0.104W, 온도 차 30 K에서 약 0.197W의 출력 특성을 보였다.