Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Osaka ontwikkelde een goedkope grootschalige flexibele thermo-elektrische generator (FlexTEG) module met een hoge mechanische betrouwbaarheid voor een zeer efficiënte stroomopwekking. Door een richtingsverandering van de bovenste elektroden aan de twee zijden van de module en het gebruik van een verpakking met een hoge dichtheid van halfgeleiderchips, de FlexTEG-module heeft meer flexibiliteit in elke uniaxiale richting. Deze verbeterde efficiëntie van herstel, of thermo-elektrische conversie, van restwarmte van een gebogen warmtebron, verbetering van de mechanische betrouwbaarheid van de module omdat er minder mechanische belasting wordt uitgeoefend op halfgeleiderchips in de module.

De onderzoeksresultaten van het team zijn gepubliceerd in Geavanceerde materiaaltechnologieën .

Er wordt gezegd dat Society 5.0, een superslimme samenleving waarin onze leefruimte zal worden genetwerkt door verschillende IoT-technologieën (Internet of Things), zal in de nabije toekomst komen. Een thermo-elektrisch opwekkingssysteem om permanent stroom op te wekken door het efficiënt terugwinnen van afvalwarmte-energie die in het milieu wordt uitgestoten, is een effectief middel om het wereldwijde milieu te sparen en energie te besparen, en onderzoek om dit systeem toe te passen op energiebronnen voor IoT-apparaten van de volgende generatie heeft aandacht gekregen.

Thermo-elektrische conversietechnologie zet thermische energie direct om in elektrische stroom, en vice versa. Omdat het energieconversie mogelijk maakt op basis van het temperatuurverschil, zelfs als het verschil klein is, deze technologie van de volgende generatie zal bijdragen aan het oogsten van energie, een proces dat kleine hoeveelheden energie opvangt die anders verloren zouden gaan.

Thermo-elektrische conversie is een van de meest geschikte technieken om afvalwarmte van lage temperatuur (150°C of lager) om te zetten in elektrische energie, leidend tot de ontwikkeling van energieopwekkingssystemen met behulp van de TEG-module. Echter, aangezien de verpakkingstechniek van thermo-elektrische opwekkingsmodules die kunnen werken in een bereik van 100-150°C nog niet is vastgesteld, thermo-elektrische generatietechnologie voor dat bereik heeft geen praktisch gebruik gezien. In aanvulling, de productiekosten van modules voor het opwekken van stroom bij kamertemperatuur waren zo hoog dat toepassingen van de technologie beperkt waren tot specifieke gebieden, zoals toepassingen in de ruimte.

Door kleine thermo-elektrische (TE) halfgeleiderchips te monteren op een flexibel substraat met een hoge verpakkingsdichtheid, de onderzoekers bereikten een betrouwbare en stabiele hechting met elektrische contacten tussen de chips en het flexibele substraat, het realiseren van efficiënte terugwinning (thermo-elektrische conversie) van restwarmte. In conventionele niet-flexibele thermo-elektrische conversiemodules, de bovenste elektroden aan de twee zijden waren loodrecht gemonteerd op de andere bovenste elektroden, dus de kromming van de module was beperkt. Echter, in deze FlexTEG-module, alle bovenste elektroden waren parallel geïntegreerd, het verstrekken van flexibiliteit wanneer gebogen in een uniaxiale richting. Dit verminderde mechanische belasting op spanen, verbetering van de mechanische (fysieke) betrouwbaarheid van de FlexTEG-module.

Hoofdauteur Tohru Sugahara zegt:"Vanwege de hittebestendigheid van alle halfgeleiderverpakkingsmaterialen (tot ongeveer 150°C) en de mechanische flexibiliteit van de module, onze FlexTEG-module zal worden gebruikt als een conversie-thermo-elektrische generatormodule voor restwarmte van 150°C of lager. De montagetechniek is gebaseerd op conventionele verpakkingstechnieken voor halfgeleiders, dus massaproductie en kostenreductie van thermo-elektrische conversiemodules worden verwacht."