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Entwicklung kaltabgeschiedener Bi2Te3-Schichten für flexible thermoelektrische Generatoren

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Matejka, Selina:
Entwicklung kaltabgeschiedener Bi2Te3-Schichten für flexible thermoelektrische Generatoren.
Bayreuth , 2021
(Master's, 2021, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

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Thermoelektrische Generatoren (TEG) können bei einem vorliegenden Temperaturgradienten thermische in elektrische Energie umwandeln. Herkömmliche TEGs sind starr und besitzen eine Dicke im mm-Bereich. Es existieren Ansätze, flexible TEGs mit thermoelektrischen Materialien auf Polymerfolien abzuscheiden. Eine Möglichkeit, hohe thermoelektrische Effizienz mit breiteren Anwendungsfeldern zu verbinden bietet die Herstellung flexibler TEGs auf Bi2Te3 Basis mittels der sog. Powder Aerosol Deposition Method (PADM). Die PADM ist eine energieeffiziente Methode um dichte Schichten bei Raumtemperatur herzustellen. Sie ermöglicht es, wenig temperaturstabile Substrate wie z.B. Polymerfolien zu beschichten. Die nanokristallinen Schichten sind einige µm dick, wodurch die Gesamtbauteildicke des TEGs reduziert und thermoelektrisches Material eingespart wird. Die für PAD-Schichten typische nanokristalline Morphologie führt zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und steigert die Effizienz. Ziel dieser Arbeit war die Eignungsbewertung kaltabgeschiedener Schichten für den Einsatz in flexiblen TEGs. Dazu wurden polymere Folien (Kapton und Mylar) und flexible Glassubstrate mit Bi2Te3 beschichtet und der Einfluss vor, während und nach der Biegung untersucht. Abschließend werden Unileg-TEGs hergestellt und elektrisch charakterisiert. Nach der Biegung kann kein signifikanter Einfluss der Biegung auf die thermoelektrischen Eigenschaften beobachtet werden, während unter Biegung die elektrische Leitfähigkeit durch Mikrorissbildung abnimmt. Der geometrieunabhängige Seebeck-Koeffizient bleibt unbeeinflusst. Alle Schichten verfügen über sehr gute Substratanbindung auch nach der Biegung. Mit den kaltabgeschiedenen Schichten können ZT Zahlen bis zu 0,072 und ein daraus resultierender Wirkungsrad von 1,2 % erreicht werden. PAD-Unileg-TEGs erreichen maximale Leistungen von 33 nW bei einem Temperaturgradienten von 26 °C. Die Ergebnisse zeigen, dass die PAD eine Alternative zu herkömmlichen Verfahren darstellt, da die typische nanokristallinen Schichtstruktur zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und damit zur Effizienzsteigerung führt.

Further data

Item Type: Master's, Magister, Diploma, or Admission thesis (Master's)
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 23 Mar 2021 08:00
Last Modified: 23 Mar 2021 08:00
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/64199