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Printed Lateral p–n Junction for Thermoelectric Generation

Mallick, Md Mofasser ORCID iD icon 1; Franke, Leonard 1; Hussein, Mohamed 1,2; Rösch, Andres Georg ORCID iD icon 1; Long, Zhongmin 3; Eggeler, Yolita Maria ORCID iD icon 3; Lemmer, Uli 1,2
1 Lichttechnisches Institut (LTI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Printed thermoelectric generators (TEGs) show promising potential for converting waste heat into useful electricity at a low cost but fall short of exhibiting a conversion efficiency anticipated from materials’ properties. The output power of conventionally printed TEGs in the “π-type” geometry suffers due to low thermal voltage and low current because of high thermal and electrical contact resistance, respectively. Herein, a type of printed p–n junction TEGs (PN-TEGs) as a possible remedy is explored. Two printed PN-TEGs with different thicknesses are fabricated using printed p-type Bi0.5Sb1.5Te3 and n-type Bi2Te2.7Se0.3 materials. The PN-TEGs show a promising way to minimize the influence of thermal and electrical resistance in printed TEGs. In the experimental and simulation results, the significant impact of PN-TEGs’ dimensions on their power outputs is revealed. Also, a conventional “π-type” printed TEG is fabricated and its performance is studied. The optimized PN-TEG with a single thermocouple yields ≈14 times higher power output density of 5.3 μW cm2 at a ΔT of 25 K compared to “π-type” printed TEGs.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM)
Lichttechnisches Institut (LTI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 11.2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2688-4046
KITopen-ID: 1000174395
HGF-Programm 38.01.05 (POF IV, LK 01) Simulations, Theory, Optics and Analytics (STOA)
Erschienen in Small Science
Verlag Wiley-VCH GmbH
Band 4
Heft 11
Seiten 2400257
Vorab online veröffentlicht am 13.08.2024
Schlagwörter COMSOL, p–n junctions, printed thermoelectrics, Seebeck effects, thermoelectric generators
Nachgewiesen in Scopus
OpenAlex
Dimensions
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000174395
Veröffentlicht am 02.10.2024
Seitenaufrufe: 132
seit 02.10.2024
Downloads: 66
seit 06.10.2024
Cover der Publikation
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