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Printed origami thermoelectric generator achieves > 20 Wm$^{-2}$ from low-grade heat via material and process design

Luo, Nan 1; Wang, Zirui 1; Verma, Ajay Kumar 1; Khan, Muhammad Irfan ORCID iD icon 1; Franke, Leonard 1; Liu, Jiayi 1; Nefedov, Alexei 2; Schneider, Marc 3; Geßwein, Holger 4; Müller, Erich ORCID iD icon 5; Drüppel, Kirsten 6; Weingaertner, Tobias ORCID iD icon 7; Eggeler, Yolita M. ORCID iD icon 5; Lemmer, Uli ORCID iD icon 1,3; Mallick, Md Mofasser ORCID iD icon 1
1 Lichttechnisches Institut (LTI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
6 Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
7 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Printing facilitates low-cost thermoelectric generators to power battery-free internet-of-things devices, wearables, and Industry 4.0 systems. However, scaling up requires printable thermoelectric materials with good mechanical properties and high performance. Here, we report a high-performance Ag$_2$(Se$_{1-x}$S$_x$)$_{1.05}$-based n-type printed thermoelectric film through a combination of engineering non-stoichiometric defects and sulfur substitution. An optimal sulfur substitution of 2 at. % facilitates an excellent flexibility and a power factor of~16 μWcm$^{-1}$ K$^{-2}$ at 360 K, a 65 % increase compared to a pristine Ag$_2$Se film. A fully printed origami-thermoelectric generator produces a maximum power output 𝑃$_{max}$ of 907 μW at a temperature difference of 80 K. A record-high power density 𝑝$_d$ of 21 W m$^{−2}$ (corresponding to 800 μW g$^{-1}$ as a weightnormalized power density) is achieved, twice that of previously reported origami-thermoelectric generators. These results highlight cost-effective manufacturing of thermoelectric generators with the capability to power next-generation autonomous electronic devices.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000190114
Veröffentlicht am 11.02.2026
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Angewandte Geowissenschaften (AGW)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)
Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM)
Lichttechnisches Institut (LTI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2026
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2041-1723
KITopen-ID: 1000190114
Erschienen in Nature Communications
Verlag Nature Research
Band 17
Heft 1
Seiten 1259
Vorab online veröffentlicht am 31.01.2026
Nachgewiesen in Scopus
Dimensions
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