Ett team av forskare ledda av Osaka University utvecklade en billig storskalig flexibel termoelektrisk generator (FlexTEG) modul med hög mekanisk tillförlitlighet för högeffektiv kraftgenerering. Genom en förändring i riktningen av de översta elektroderna på de två sidorna av modulen och användningen av högdensitetsförpackningar av halvledarchips, FlexTEG-modulen har mer flexibilitet i alla enaxliga riktningar. Detta förbättrade återhämtningseffektiviteten, eller termoelektrisk omvandling, av spillvärme från en krökt värmekälla, förbättra modulens mekaniska tillförlitlighet eftersom mindre mekanisk påfrestning läggs på halvledarchips i modulen.

Teamets forskningsresultat publicerades i Avancerad materialteknik .

Det sägs att Society 5.0, ett supersmart samhälle där vårt livsrum kommer att nätverkas av olika IoT-tekniker (Internet of Things), kommer inom en snar framtid. Ett termoelektriskt genereringssystem för att permanent generera kraft genom att effektivt återvinna spillvärmeenergi som släpps ut i miljön är ett effektivt sätt att bevara den globala miljön och spara energi, och forskning för att tillämpa detta system på energikällor för nästa generations IoT-enheter har fått uppmärksamhet.

Termoelektrisk omvandlingsteknik omvandlar termisk energi direkt till elektrisk kraft, och vice versa. Eftersom det tillåter energiomvandling enligt temperaturskillnaden även om skillnaden är liten, denna nästa generations teknik kommer att bidra till energiskörd, en process som fångar upp små mängder energi som annars skulle gå förlorad.

Termoelektrisk omvandling är en av de mest lämpliga teknikerna för att omvandla lågtemperatur (150°C eller lägre) spillvärme till elkraft, leder till utvecklingen av kraftgenereringssystem som använder TEG-modulen. Dock, eftersom förpackningstekniken för termoelektriska generationsmoduler som kan arbeta i ett område av 100-150°C ännu inte har fastställts, termoelektrisk generationsteknik för det området har inte haft praktisk användning. Dessutom, produktionskostnaden för moduler för att generera kraft vid rumstemperatur var så hög att tillämpningar av tekniken var begränsade till specifika områden, som applikationer i rymden.

Genom att montera små termoelektriska (TE) halvledarchips på ett flexibelt substrat med hög förpackningsdensitet, forskarna uppnådde tillförlitlig och stabil vidhäftning med elektriska kontakter mellan chipsen och det flexibla substratet, realisera effektiv återvinning (termoelektrisk omvandling) av spillvärme. I konventionella icke-flexibla termoelektriska omvandlingsmoduler, de översta elektroderna på de två sidorna var vinkelrätt monterade mot de andra toppelektroderna, så modulens krökning var begränsad. Dock, i denna FlexTEG-modul, alla toppelektroderna var integrerade parallellt, ger flexibilitet när den böjs i valfri enaxlig riktning. Detta minskade den mekaniska påfrestningen på chips, förbättra mekanisk (fysisk) tillförlitlighet hos FlexTEG-modulen.

Huvudförfattaren Tohru Sugahara säger, "På grund av värmebeständighet hos alla halvledarförpackningsmaterial (upp till cirka 150°C) och modulens mekaniska flexibilitet, vår FlexTEG-modul kommer att användas som en termoelektrisk omvandlingsmodul för spillvärme på 150°C eller lägre. Dess monteringsteknik är baserad på konventionella halvledarförpackningstekniker, så massproduktion och kostnadsreduktion av termoelektriska konverteringsmoduler förväntas."