journal article·2018-04

Thermoelectric Devices: A Review of Devices, Architectures, and Contact Optimization

Ran He, Gabi Schierning, Kornelius Nielsch

Advanced Materials Technologies· Volume 3· Issue 4
Publisher page

Abstract

Abstract In recent years, the substantially improved performance of thermoelectric (TE) materials has attracted considerable interest in studying the potential applications of the TE technique. Serving as the bridge between TE materials and applicable TE products, TE devices must be properly designed, engineered, and assembled to meet the required performance of TE products for cooling (thermoelectric cooler) and power generation (thermoelectric generator). The principle feasibility of the TE technique has been demonstrated using a variety of different materials and processing technologies, and many different architectures of TE devices have been successfully realized. This review discusses the architectures of TE devices, including bulk and thin‐film TE devices, TE devices with flexible designs, pn‐junction‐based TE devices that provide robust solutions for high operation temperatures, and the meta‐material‐based transverse TE devices. In addition, the assembly of TE devices involves contact layers on which the reliability of TE devices depends. Thus solutions to contact issues, including bonding strength, contact resistance, and thermomechanical stress, are also reviewed.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Thermoelectric Materials and Devices · Thermal properties of materials · Thermal Radiation and Cooling Technologies

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Leibniz Institut für Festkörper‐ und Werkstoffforschung Dresden e.V. Institut für Metallische Werkstoffe Helmholtzstr. 20 01069 Dresden Germany

References (100+)

Show source-provided references
1. T. R.Barker W. L.Kershaw G. S.Stivers J. L.Thomas US3615869 A 1971.
2. Rahman M. · Pro. Inter. Conf. Energy Manag. Power Delivery · 1995 · 1 · 186
3. Bode C. · 2016
4. 10.1016/j.rser.2017.01.09010.1016/j.rser.2017.01.090 ↗
5. 10.1016/j.apenergy.2016.08.15010.1016/j.apenergy.2016.08.150 ↗
6. Bass J. C. · Proceedings of the 16th International Conference on Thermoelectrics (ITC) · 1997 · 547
7. 10.1016/j.enconman.2017.02.07010.1016/j.enconman.2017.02.070 ↗
8. 10.1126/science.115889910.1126/science.1158899 ↗
9. 10.1103/PhysRevB.47.1272710.1103/PhysRevB.47.12727 ↗
10. 10.1103/PhysRevB.47.1663110.1103/PhysRevB.47.16631 ↗
11. 10.1038/3509801210.1038/35098012 ↗
12. 10.1126/science.107288610.1126/science.1072886 ↗
13. 10.1038/nature0638110.1038/nature06381 ↗
14. 10.1038/nature0645810.1038/nature06458 ↗
15. 10.1016/j.mtphys.2017.06.00110.1016/j.mtphys.2017.06.001 ↗
16. 10.1126/science.115644610.1126/science.1156446 ↗
17. 10.1038/nature0999610.1038/nature09996 ↗
18. 10.1126/science.115972510.1126/science.1159725 ↗
19. 10.1021/nl803235n10.1021/nl803235n ↗
20. 10.1016/j.jallcom.2013.09.12410.1016/j.jallcom.2013.09.124 ↗
21. 10.1016/j.intermet.2010.12.00110.1016/j.intermet.2010.12.001 ↗
22. 10.1016/j.actamat.2013.09.03910.1016/j.actamat.2013.09.039 ↗
23. 10.1039/c3cp50327e10.1039/c3cp50327e ↗
24. 10.1016/j.jallcom.2014.10.10210.1016/j.jallcom.2014.10.102 ↗
25. 10.1039/C2CP43946H10.1039/C2CP43946H ↗
26. 10.1007/s11664-013-2863-x10.1007/s11664-013-2863-x ↗
27. Casper F. · Semicond. Sci. Technol. · 2012 · 27
28. 10.1039/c2ee21554c10.1039/c2ee21554c ↗
29. 10.1016/j.mattod.2013.09.01510.1016/j.mattod.2013.09.015 ↗
30. 10.1016/j.nanoen.2012.07.02010.1016/j.nanoen.2012.07.020 ↗
31. 10.1039/C4EE02180K10.1039/C4EE02180K ↗
32. 10.1016/j.rser.2014.05.06010.1016/j.rser.2014.05.060 ↗
33. 10.1007/s11664-013-2482-610.1007/s11664-013-2482-6 ↗
34. 10.1039/c1jm10827a10.1039/c1jm10827a ↗
35. 10.1016/j.jallcom.2015.01.14910.1016/j.jallcom.2015.01.149 ↗
36. 10.1063/1.34771710.1063/1.347717 ↗
37. 10.1021/nl802679510.1021/nl8026795 ↗
38. 10.1063/1.302706010.1063/1.3027060 ↗
39. 10.1063/1.473158310.1063/1.4731583 ↗
40. 10.1002/pssa.20122810210.1002/pssa.201228102 ↗
41. 10.1016/j.enconman.2005.03.02310.1016/j.enconman.2005.03.023 ↗
42. 10.1016/S0196-8904(02)00109-710.1016/S0196-8904(02)00109-7 ↗
43. 10.1016/S0196-8904(02)00217-010.1016/S0196-8904(02)00217-0 ↗
44. 10.1109/ICT.2001.97988810.1109/ICT.2001.979888 ↗
45. 10.1039/C7EE00447H10.1039/C7EE00447H ↗
46. 10.1038/nenergy.2016.15310.1038/nenergy.2016.153 ↗
47. 10.1002/adfm.20160012810.1002/adfm.201600128 ↗
48. 10.1016/j.rser.2013.12.03010.1016/j.rser.2013.12.030 ↗
49. 10.1088/2053-1613/2/2/02500110.1088/2053-1613/2/2/025001 ↗
50. 10.1016/j.scriptamat.2015.07.04510.1016/j.scriptamat.2015.07.045 ↗
51. 10.1039/C4EE02180K10.1039/C4EE02180K ↗
52. 10.1073/pnas.161766311310.1073/pnas.1617663113 ↗
53. Bux S. K. · Adv. Mater. · 2009 · 19 · 2445
54. 10.1002/pssa.20130040810.1002/pssa.201300408 ↗
55. 10.1007/s11664-012-2366-110.1007/s11664-012-2366-1 ↗
56. 10.1007/s11664-014-3093-610.1007/s11664-014-3093-6 ↗
57. 10.1088/2043-6262/4/2/02300210.1088/2043-6262/4/2/023002 ↗
58. 10.1016/j.actamat.2014.12.04210.1016/j.actamat.2014.12.042 ↗
59. 10.1038/nature1143910.1038/nature11439 ↗
60. 10.1016/j.mattod.2013.05.00410.1016/j.mattod.2013.05.004 ↗
61. 10.1016/j.apenergy.2014.04.08810.1016/j.apenergy.2014.04.088 ↗
62. 10.1109/TCAPT.2009.203993410.1109/TCAPT.2009.2039934 ↗
63. 10.1016/S0196-8904(01)00153-410.1016/S0196-8904(01)00153-4 ↗
64. 10.1007/s11664-016-4905-710.1007/s11664-016-4905-7 ↗
65. 10.1016/j.enconman.2013.11.02910.1016/j.enconman.2013.11.029 ↗
66. 10.1016/j.enconman.2015.05.00510.1016/j.enconman.2015.05.005 ↗
67. 10.1016/j.enconman.2015.02.04610.1016/j.enconman.2015.02.046 ↗
68. 10.1016/j.enconman.2017.06.08710.1016/j.enconman.2017.06.087 ↗
69. Stabler F. · 2011
70. GMZ Energy Announces 1 000 Watt High‐Temperature Thermoelectric Generator for U.S. Military.http://www.businesswire.com/multimedia/home/20141203005186/en/.
71. Stabler F. · 2009
72. 10.3390/ma304273510.3390/ma3042735 ↗
73. 10.3390/ma304280110.3390/ma3042801 ↗
74. 10.1016/j.solener.2011.04.00810.1016/j.solener.2011.04.008 ↗
75. 10.1557/jmr.2011.12510.1557/jmr.2011.125 ↗
76. Weidenkaff A. · 2013 · 365
77. 10.1038/nmat301310.1038/nmat3013 ↗
78. 10.1016/j.egypro.2014.03.15510.1016/j.egypro.2014.03.155 ↗
79. Terasaki I. · Renewable Sustainable Energy Rev. · 2014 · 3 · 29
80. 10.1016/j.solmat.2015.06.03510.1016/j.solmat.2015.06.035 ↗
81. 10.1143/JPSJ.81.11472210.1143/JPSJ.81.114722 ↗
82. Min G. · 2005
83. 10.1088/0268-1242/22/8/00910.1088/0268-1242/22/8/009 ↗
84. 10.1007/s11664-012-2402-110.1007/s11664-012-2402-1 ↗
85. 10.2172/133756110.2172/1337561 ↗
86. Fleurial J. P. · 1999 · 294
87. Fleurial J. P. · 1997 · 641
88. 10.15325/BLTJ.2014.236443110.15325/BLTJ.2014.2364431 ↗
89. 10.1109/TCAPT.2005.84321910.1109/TCAPT.2005.843219 ↗
90. Cancheevaram J. · MRS Online Proc. Libr. · 2004 · 793 · S8.18.1
91. Semeniouk V. · 1997 · 683
92. 10.1016/j.enconman.2004.07.00410.1016/j.enconman.2004.07.004 ↗
93. 10.1016/j.spmi.2006.08.00610.1016/j.spmi.2006.08.006 ↗
94. 10.1002/aenm.20110058510.1002/aenm.201100585 ↗
95. 10.1016/j.electacta.2005.02.01610.1016/j.electacta.2005.02.016 ↗
96. 10.1109/JMEMS.2014.230319810.1109/JMEMS.2014.2303198 ↗
97. 10.1038/nmat94310.1038/nmat943 ↗
98. 10.1109/JMEMS.2009.202110410.1109/JMEMS.2009.2021104 ↗
99. 10.1016/j.sna.2006.04.02410.1016/j.sna.2006.04.024 ↗
100. 10.1149/06909.0037ecst10.1149/06909.0037ecst ↗