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High Power Density Ag$_2$Se/Sb$_{1.5}$Bi$_{0.5}$Te$_3$‐Based Fully Printed Origami Thermoelectric Module for Low‐Grade Thermal Energy Harvesting

Franke, Leonard 1; Rösch, Andres Georg ORCID iD icon 1; Khan, Muhammad Irfan 1; Zhang, Qihao 1; Long, Zhongmin 2; Brunetti, Irene 1; Joglar, Matías Nicolas; Lara, Ana Moya; Simão, Claudia Delgado; Geßwein, Holger 3; Nefedov, Alexei 4; Eggeler, Yolita M. ORCID iD icon 2; Lemmer, Uli 1,5; Mallick, Md Mofasser ORCID iD icon 1
1 Lichttechnisches Institut (LTI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Printing technologies have the potential to reduce the manufacturing costs of many electronic devices significantly. Here, a scalable manufacturing route for high-performance fully printed thermoelectric generators (TEGs) as a cost-effective solution for energy harvesting is demonstrated. This work presents a facile one-pot synthesis method to develop a high-performance Ag$_2$Se-based n-type paste, which is used to fabricate a fully printed origami TEG by employing the Ag$_2$Se-based material for the n-type legs and a previously reported Bi-Sb-Te-based paste for the p-type legs. The n-type film exhibits a power factor of 13.5 µW cm$^{−1}$ K$^{−2}$ and a maximum figure-of-merit (ZT) of ≈ 0.92. Furthermore, printable carbon paste is introduced as an effective interface between the thermoelectric and electrode materials, which reduces the contact resistances in the thermoelectric device. The origami folded TEG exhibits an open-circuit voltage (V$_{OC}$) of 284 mV, a power output of 370.88 µW, and an exceptionally high power density (p$_{max}$) of 10.72 Wm$^{−2}$ at a temperature difference (∆T) of 80.7 K, considering that the TEG fabrication does not involve any pressure treatment and vacuum sintering. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000171972
Veröffentlicht am 27.06.2024
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)
Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM)
Lichttechnisches Institut (LTI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1616-301X, 1057-9257, 1099-0712, 1616-3028
KITopen-ID: 1000171972
Erschienen in Advanced Functional Materials
Verlag Wiley-VCH Verlag
Seiten Art.-Nr.: 2403646
Vorab online veröffentlicht am 16.06.2024
Schlagwörter Ag2Se, Bi0.5Sb1.5Te3, folded electronics, interface engineering, IoT, origami thermoelectric generator, printed electronics, TEG
Nachgewiesen in Scopus
Dimensions
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