(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバー熱電発電モジュールを製造する方法であって、
基板上に複数の第一の電極及び第二の電極を互いに離隔させて対向交互配置されるように形成する電極形成ステップと、
一端が前記第一の電極に連結され、他端が対向する第二の電極に連結されるように、ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを配置する第一のナノファイバー配置ステップと、
一端が前記第一の電極に連結され、他端が対向する他の第二の電極に連結されるように、他のタイプの半導体を備える第二のナノファイバーを配置する第二のナノファイバー配置ステップと、
を含み、
前記第一のナノファイバー配置ステップは、
前記基板上にフォトレジストを用いて第一のナノファイバーを形成するための第一のナノファイバー開口を備える第一のナノファイバーパターンを形成する第一のナノファイバーパターン形成ステップと、
前記第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバー束を用意して、前記第一のナノファイバー開口を含む前記第一のナノファイバーパターン側に転写実行させる第一のナノファイバー転写ステップと、
前記第一のナノファイバー束の一面上に保護層を形成する保護層形成ステップと、
前記第一のナノファイバーパターンをなすフォトレジストを除去するリフトオフステップと、
を含み、
前記第一のナノファイバー転写ステップは、
電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に整列形成されるナノファイバーのうちｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバー束を用意する第一のナノファイバー束用意ステップと、
前記第一のナノファイバー開口を含む前記第一のナノファイバーパターン側に転写実行させる第一のナノファイバー転写実行ステップと、
を含むことを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項２】
前記第二のナノファイバー配置ステップは、
前記基板上にフォトレジストを用いて第二のナノファイバーを形成するための第二のナノファイバー開口を備える第二のナノファイバーパターンを形成する第二のナノファイバーパターン形成ステップと、
前記第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバー束を用意して、前記第二のナノファイバー開口を含む前記第二のナノファイバーパターン側に転写実行させる第二のナノファイバー転写ステップと、
前記第二のナノファイバー束の一面上に保護層を形成する保護層形成ステップと、
前記第二のナノファイバーパターンをなすフォトレジストを除去するリフトオフステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項３】
前記第二のナノファイバー転写ステップは、
電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に整列形成されるナノファイバーのうち第一のナノファイバーと異なるタイプの半導体を備える第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバー束を用意する第二のナノファイバー束用意ステップと、
前記第二のナノファイバー開口を含む前記第二のナノファイバーパターン側に転写実行させる第二のナノファイバー転写実行ステップと、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法によって製造されるナノファイバー熱電発電モジュールであって、
前記基板は透明基板であり、前記第一の電極及び前記第二の電極は透明電極であり、前記基板を間に置いて一側から反対側への光の透光性が予め設定された透光性を備えることを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュール。
【請求項５】
ナノファイバー熱電発電モジュールであって、
異なる二つの熱源の間に長さ方向に配置されるように積層形成される複数の単位体を備え、前記単位体は、
ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを備える第一のナノファイバーメッシュと、
前記第一のナノファイバーと異なるタイプの第二のナノファイバーを備える第二のナノファイバーメッシュと、
前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの間に介在されるインシュレーターレイヤーと、
前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの端部を連結する第一の電極と、
一端は前記第二のナノファイバーメッシュに連結され、他端は隣接積層される他の単位体の第一のナノファイバーメッシュに連結される第二の電極と、
を含み、
少なくとも前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュは、各々積層投影時領域が交差するメッシュ交差領域及び非交差されるメッシュ非交差領域を備え、前記メッシュ非交差領域には前記第一の電極または第二の電極が配置されることを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュール。
【請求項６】
前記第一の電極及び第二の電極は、導電性スラリーまたは導電性ソリューションで形成されることを特徴とする請求項５に記載のナノファイバー熱電発電モジュール。
【請求項７】
前記第一の電極及び第二の電極は、導電性フィルムまたは導電性ペーストで形成されることを特徴とする請求項５に記載のナノファイバー熱電発電モジュール。
【請求項８】
前記第一の電極及び第二の電極は透明電極であり、前記インシュレーターレイヤーも予め設定された透光性を備えることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の ナノファイバー熱電発電モジュール。
【請求項９】
ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法であって、
ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを備える第一のナノファイバーメッシュと、前記第一のナノファイバーと異なるタイプの第二のナノファイバーを備える第二のナノファイバーメッシュを用意するナノファイバーメッシュ用意ステップと、
前記第一のナノファイバーメッシュ及び前記第二のナノファイバーメッシュを備える単位体を一つ以上積層する単位体積層ステップと、
を含むことを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項１０】
前記ナノファイバーメッシュ用意ステップは、
電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に形成されるナノファイバーのうちｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバーメッシュを形成する第一のナノファイバーメッシュ形成ステップと、
電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に形成されるナノファイバーのうち第一のナノファイバーと異なるタイプの半導体を備える第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバーメッシュを形成する第二のナノファイバーメッシュ形成ステップと、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項１１】
前記単位体積層ステップは、
前記第一のナノファイバーメッシュを配置する単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、
前記第一のナノファイバーメッシュの一面上にインシュレーターレイヤーを配置する単位体インシュレーターレイヤー配置ステップと、
前記インシュレーターレイヤーの一面上に第二のナノファイバーメッシュを配置する単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップと、
前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの端部を連結する第一の電極を形成する単位体第一の電極形成ステップと、
前記第二のナノファイバーメッシュの一面上にインシュレーターレイヤーを配置する単位体他インシュレーターレイヤー配置ステップと、
前記インシュレーターレイヤーの一面上に前記第一のナノファイバーメッシュを形成する他単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、
一端を前記第二のナノファイバーメッシュにそして他端は他単位体の第一のナノファイバーメッシュに連結させる第二の電極を形成する単位体第二の電極形成ステップと、
を含むことを特徴とする請求項９に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項１２】
少なくとも前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュは、各々積層投影時領域が交差するメッシュ交差領域及び非交差されるメッシュ非交差領域を備え、
前記単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップ及び前記単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップでは、各々の前記第一の電極及び第二の電極は前記メッシュ非交差領域に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項１３】
前記単位体第一の電極形成ステップ及び前記単位体第二の電極形成ステップは、
前記第一の電極及び第二の電極を形成する導電性スラリーまたは導電性ソリューションを塗布する電極塗布ステップと、
前記塗布された導電性スラリーまたは導電性ソリューションを硬化させる電極硬化ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【請求項１４】
前記単位体第一の電極形成ステップ及び前記単位体第二の電極形成ステップは、
前記第一の電極及び第二の電極を形成する導電性ペーストを塗布する電極塗布ステップと、
前記塗布された導電性ペーストを硬化させる電極硬化ステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のナノファイバー熱電発電モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電モジュールに関し、より詳細には、ナノファイバーを備える熱電発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱電現象（Thermoelectric effect）とは、熱と電気との間の可逆的、直接的なエネルギー変換によって外部から印加された電流によって形成された両端の温度差を利用して冷却分野に応用するペルティエ効果（Peltier effect）と、材料両端の温度差から発生する起電力を利用して発電分野に応用するゼーベック効果（Seebeck effect）に区分される。
【０００３】
前記ペルティエ効果を応用した熱電冷却技術は、環境問題を誘発する冷媒ガスを使わない環境に優しい技術であると共に、さらに無振動と低騒音を有するメリットを有しており、今後高効率の熱電冷却材料の開発が行われれば、冷蔵庫やエアコンなどの汎用冷却分野にまで応用の幅を拡大する可能性を有している技術である。
【０００４】
また、前記ゼーベック効果を応用した熱電発電技術は、自動車のエンジン、産業現場での熱放出装備や該当区間に適用すると、材料両端に発生する温度差による発電を行う技術として、すでに太陽熱発電を行うことができない遠距離宇宙探査船にこのような熱電発電システムが適用されているのが現状である。
【０００５】
前記熱電発電モジュールは、ｐ型及びｎ型導体または半導体を連結して片方は高温、他方は低温熱源に設定した時に発生する熱起電力によって電流を流れるようにした回路である。
【０００６】
今日では前記のような熱電発電モジュールの小型コンパクト化を達成するために、ナノファイバー（nano-fiber）を利用する熱電発電モジュールが開発されていて、このような技術として大韓民国特許公開公報第２０１１−００６１７５１号（以下、「特許文献１」という）には、電気伝導度が高いナノ粒子またはナノ結晶状態の無機物に対する発明の内容が開示されている。
【０００７】
また、大韓民国特許第１４３２８３５号（以下、「特許文献２」という）には熱電気的活性物質または熱電気的活性物質の前駆体化合物を含む繊維を処理してナノファイバーを製造する方法が開示されている。
【０００８】
しかし、前記特許文献１、２の場合、製造工程が複雑で大容量製造に限界があり、熱電素子モジュールの性能増大に制約があり、熱電素子モジュールの設計自由度が低下するという問題点を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】大韓民国特許公開公報第２０１１−００６１７５１号
【特許文献２】大韓民国特許第１４３２８３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のような従来の諸問題点を解消するために創案された本発明は、熱電発電モジュールにおいてナノファイバーを利用して製造して、熱電発電モジュールの発電性能を向上させることができ、製造工程及び構造を単純させることで製造原価を節減できると共に、コンパクトな構造を有する熱電発電モジュールの開発を可能にし、さらには電気紡糸装置を介して製造されるナノファイバーを利用する直列連結構造及び垂直積層タイプの様々な配置具現構造を介して設計上の自由度を増大させることができる熱電発電モジュール及びその製造方法及びこれのためにナノファイバー製造電気紡糸装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記のような技術的課題を達成するための本発明は、ナノファイバー熱電発電モジュールを製造する方法であって、電極形成ステップと、第一のナノファイバー配置ステップと、第二のナノファイバー配置ステップと、を含むナノファイバー熱電発電モジュール製造方法を提供する。
前記電極形成ステップにおいては、基板上に複数の第一の電極及び第二の電極を互いに離隔させて対向交互配置されるように形成してもよい。
前記第一のナノファイバー配置ステップにおいては、一端が前記第一の電極に連結され、他端が対向する第二の電極に連結されるように、ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーが配置されてもよい。 
前記第二のナノファイバー配置ステップにおいては、一端が前記第一の電極に連結され、他端が対向する他の第二の電極に連結されるように、他のタイプの半導体を備える第二のナノファイバーが配置されてもよい。 
【００１２】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記第一のナノファイバー配置ステップは、 第一のナノファイバーパターン形成ステップと、 第一のナノファイバー転写ステップと、 保護層形成ステップと、リフトオフステップと、を含んでもよい。
前記第一のナノファイバーパターン形成ステップにおいては、前記基板上にフォトレジストを用いて第一のナノファイバーを形成するための第一のナノファイバー開口を備える第一のナノファイバーパターンが形成してもよい。
前記第一のナノファイバー転写ステップにおいては、前記第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバー束を用意して、前記第一のナノファイバー開口を含む前記第一のナノファイバーパターン側に転写実行してもよい。
前記保護層形成ステップにおいては、前記第一のナノファイバー束の一面上に保護層が形成されて、前記リフトオフステップにおいては、前記第一のナノファイバーパターンをなすフォトレジストが除去してもよい。
【００１３】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記第一のナノファイバー転写ステップは、 第一のナノファイバー束用意ステップと、 第一のナノファイバー転写実行ステップと、を含んでもよい。
前記第一のナノファイバー束用意ステップにおいては、電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に整列形成されるナノファイバーのうちｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバー束が用意されてもよい。また、前記第一のナノファイバー転写実行ステップにおいては、前記第一のナノファイバー開口を含む前記第一のナノファイバーパターン側に転写実行されてもよい。
【００１４】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記第二のナノファイバー配置ステップは、 第二のナノファイバーパターン形成ステップと、第二のナノファイバー転写ステップと、 保護層形成ステップと、リフトオフステップと、を含んでもよい。
前記第二のナノファイバーパターン形成ステップにおいては、前記基板上にフォトレジストを用いて第二のナノファイバーを形成するための第二のナノファイバー開口を備える第二のナノファイバーパターンが形成してもよい。前記第二のナノファイバー転写ステップにおいては、前記第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバー束を用意して、前記第二のナノファイバー開口を含む前記第二のナノファイバーパターン側に転写実行してもよい。前記保護層形成ステップにおいては、前記第二のナノファイバー束の一面上に保護層が形成されて、前記リフトオフステップにおいては、前記第二のナノファイバーパターンをなすフォトレジストが除去してもよい。
【００１５】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記第二のナノファイバー転写ステップは、第二のナノファイバー束用意ステップと、 第二のナノファイバー転写実行ステップと、を含んでもよい。
前記第二のナノファイバー束用意ステップにおいては、電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に整列形成されるナノファイバーのうち第一のナノファイバーと異なるタイプの半導体を備える第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバー束が用意されてもよい。 
前記第二のナノファイバー転写実行ステップにおいては、前記第二のナノファイバー開口を含む前記第二のナノファイバーパターン側に転写実行されてもよい。 
【００１６】
本発明の他の一面によると、本発明は、前記列記した方法のうちのいずれか一つの方法で製造されるナノファイバー熱電発電モジュールを提供する。
【００１７】
前記ナノファイバー熱電発電モジュールにおいて、前記基板は透明基板であり、前記第一の電極及び前記第二の電極は透明電極であり、前記基板を間に置いて一側から反対側への光の透光性が予め設定された透光性を備えてもよい。
【００１８】
本発明のさらに他の一面によると、本発明は、ナノファイバー熱電発電モジュールであって、異なる二つの熱源の間に長さ方向に配置されるように積層形成される複数の単位体を備えることを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュールを提供する。
前記単位体は、ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを備える第一のナノファイバーメッシュ（メッシュまたは網目）と、 第二のナノファイバーメッシュ（メッシュまたは網目）と、インシュレーターレイヤーと、 第一の電極と、 第二の電極と、を含んでもよい。
前記第二のナノファイバーメッシュ（メッシュまたは網目）は、前記第一のナノファイバーと異なるタイプの第二のナノファイバーを備えてもよい。
前記インシュレーターレイヤーは、前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの間に介在されてもよい。
前記第一の電極は、前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの端部を連結してもよい。
前記第二の電極は、一端か前記第二のナノファイバーメッシュに連結され、他端は隣接積層される他の単位体の第一のナノファイバーメッシュと連結されてもよい。
【００１９】
前記ナノファイバー熱電発電モジュールにおいて、少なくとも前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュは、各々積層投影時領域が交差するメッシュ交差領域及び非交差されるメッシュ非交差領域を備え、前記メッシュ非交差領域には前記第一の電極または第二の電極が配置されてもよい。
【００２０】
前記ナノファイバー熱電発電モジュールにおいて、前記第一の電極及び第二の電極は、導電性スラリーまたは導電性ソリューションで形成されてもよい。
前記ナノファイバー熱電発電モジュールにおいて、前記第一の電極及び第二の電極は、導電性フィルムまたは導電性ペーストで形成されてもよい。
前記ナノファイバー熱電発電モジュールにおいて、前記第一の電極及び第二の電極は透明電極で、前記インシュレーターレイヤーも予め設定された透光性を備えてもよい。
【００２１】
本発明のさらに他の一面によると、本発明は、ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法であって、ナノファイバーメッシュ用意ステップと、単位体積層ステップと、を備えることを特徴とするナノファイバー熱電発電モジュール製造方法を提供する。
前記ナノファイバーメッシュ提供ステップにおいては、ｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを備える第一のナノファイバーメッシュと、前記第一のナノファイバーと異なるタイプの第二のナノファイバーを備える第二のナノファイバーメッシュが用意されてもよい。
前記単位体積層ステップにおいては、
前記第一のナノファイバーメッシュ及び前記第二のナノファイバーメッシュを備える単位体が一つ以上積層されてもよい。
【００２２】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記ナノファイバーメッシュ用意ステップは、第一のナノファイバーメッシュ形成ステップと、第二のナノファイバーメッシュ形成ステップと、を含んでもよい。
すなわち、前記第一のナノファイバーメッシュ形成ステップにおいては、電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に形成されるナノファイバーのうちｎタイプまたはｐタイプの半導体を備える第一のナノファイバーを含む第一のナノファイバーメッシュが形成されてもよい。
また、前記第二のナノファイバーメッシュ形成ステップにおいては、電気紡糸高電圧部によって高電圧が印加される電気紡糸ノズルから噴射された高分子化合物がスイッチング電源部によって交互帯電される電気紡糸帯電電極部の間に形成されるナノファイバーのうち第一のナノファイバーと異なるタイプの半導体を備える第二のナノファイバーを含む第二のナノファイバーメッシュが形成されてもよい。
【００２３】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記単位体積層ステップは、単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体インシュレーターレイヤー配置ステップと、単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体第一の電極形成ステップと、単位体他インシュレーターレイヤー配置ステップと、他単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体第二の電極形成ステップと、を含んでもよい。
前記単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップにおいては、前記第一のナノファイバーメッシュが配置されてもよい。
前記単位体インシュレーターレイヤー配置ステップにおいては、前記単位体第一のナノファイバーメッシュの一面上にインシュレーターレイヤーが配置されてもよい。
前記単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップにおいては、前記単位体インシュレーターレイヤーの一面上に第二のナノファイバーメッシュが配置されてもよい。
前記単位体第一の電極形成ステップにおいては、前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュの端部を連結する第一の電極が形成されてもよい。
前記単位体他インシュレーターレイヤー配置ステップにおいては、前記第二のナノファイバーメッシュの一面上にインシュレーターレイヤーが配置されてもよい。
前記他単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップにおいては、前記インシュレーターレイヤーの一面上に前記第一のナノファイバーメッシュが形成されてもよい。
前記単位体第二の電極形成ステップにおいては、一端を前記第二のナノファイバーメッシュにそして他端を他単位体の第一のナノファイバーメッシュに連結させる第二の電極が形成されてもよい。
【００２４】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、少なくとも前記第一のナノファイバーメッシュと前記第二のナノファイバーメッシュは、各々積層投影時領域が交差するメッシュ交差領域及び非交差されるメッシュ非交差領域を備え、前記単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップ及び前記単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップでは、各々の前記第一の電極及び第二の電極は前記メッシュ非交差領域に形成されてもよい。
【００２５】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記単位体第一の電極形成ステップ及び前記単位体第二の電極形成ステップは、前記第一の電極及び第二の電極を形成する導電性スラリーまたは導電性ソリューションを塗布する電極塗布ステップと、前記塗布された導電性スラリーまたは導電性ソリューションを硬化させる電極硬化ステップと、をさらに含んでもよい。
【００２６】
前記ナノファイバー熱電発電モジュール製造方法において、前記単位体第一の電極形成ステップ及び前記単位体第二の電極形成ステップは、前記第一の電極及び第二の電極を形成する導電性ペーストを塗布する電極塗布ステップと、前記塗布された導電性ペーストを硬化させる電極硬化ステップと、をさらに含んでもよい。 
【００２７】
本発明のさらに他の一面によると、本発明は、ベースと、 電気紡糸出力部と、 電気紡糸誘導部と、を備えるナノファイバー製造電気紡糸装置を提供する。
前記電気紡糸出力部は、前記ベースの上部に離隔して配置されてナノファイバーを形成するための高分子化合物の提供を受けて噴射可能な電気紡糸ノズルと、前記電気紡糸ノズルに高電圧を印加する電気紡糸高電圧部とを含む。
前記電気紡糸誘導部は、電気紡糸帯電電極部と、スイッチング電源部を備え、電気紡糸帯電電極部は、前記電気紡糸ノズルに対向して前記ベースの一面上に離隔配置される複数の帯電電極を含み、スイッチング電源部は、前記電気紡糸帯電電極部を交互帯電させる。
【００２８】
前記ナノファイバー製造電気紡糸装置において、前記電気紡糸帯電電極部は、一つ以上の帯電電極を含む第一の帯電電極部と、少なくとも一部が前記第一の帯電電極部に向かうように配置される一つ以上の帯電電極を含む第二の帯電電極部と、を備えてもよい。
【００２９】
前記ナノファイバー製造電気紡糸装置において、前記電気紡糸帯電電極部は、第一の帯電電極部と、第二の帯電電極部と、第三の帯電電極部と、第四の帯電電極部と、を備えてもよい。
前記第一の帯電電極部、一つ以上の帯電電極を含んでもよい。
前記第二の帯電電極部、前記第一の帯電電極部に対向して配置される一つ以上の帯電電極を含んでもよい。
前記第三の帯電電極部、前記第一の帯電電極部と直交配置される一つ以上の帯電電極を含んでもよい。
前記第四の帯電電極部、前記第三の帯電電極部に対向して配置される一つ以上の帯電電極を含んでもよい。
前記第一の帯電電極部乃至第四の帯電電極部は、四角形配置構造をなしてもよい。
【００３０】
前記ナノファイバー製造電気紡糸装置において、前記電気紡糸帯電電極部は、一つ以上の帯電電極を含む二つ以上の帯電電極部を備え、前記いずれか一つの帯電電極部の少なくとも一部は、他の帯電電極部の少なくとも一部に向かうように配置されてもよい。
【００３１】
前記ナノファイバー製造電気紡糸装置において、前記電気紡糸帯電電極部と前記電気紡糸出力部との間の前記電気紡糸帯電電極部の一面上部には、前記電気紡糸ノズルから吐出されるナノファイバーを形成する高分子化合物が収集されるオーバーフレームがさらに備えられ、前記オーバーフレームの中央には貫通口が備えられてもよい。
【００３２】
前記ナノファイバー製造電気紡糸装置において、前記オーバーフレームの少なくとも一部は伝導性材料で形成されてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
前記のような構成を有する本発明の熱電発電モジュール及びその製造方法は、電気紡糸装置を介して形成されたナノファイバーを利用して、大面積化可能な熱電発電モジュールの製造工程及び構造を単純化させて製造工程原価を削減できる効果がある。
また、水平面上での直列連結構造及び垂直積層構造を介した立体的配置を可能にして適用環境に能動的対処を可能にする効果もある。
また、製造工程及び構造の単純化を介して熱電発電モジュールの製造原価を節減できると共に、小型コンパクトな構造として熱電発電モジュールの開発を可能にする効果がある。
また、電極とナノファイバーを利用するブリッジ構造が種々のパターンに配置できるので、熱電発電効率を向上させるための設計上の自由度を増大させることができる効果がある非常に進歩した発明である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のナノファイバー熱電発電モジュールに備えられるナノファイバーの製造のためのナノファイバー製造電気紡糸装置の構成図である。
【図２】本発明のナノファイバー製造電気紡糸装置のオーバーフレームの概略的配置図である。
【図３】本発明のナノファイバー製造電気紡糸装置の他の一類型が概略的な平面の部分構成図である。
【図４】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの具体的な構成図である。
【図５】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図６】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図７】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図８】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図９】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１０】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１１】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１２】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１３】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１４】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１５】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１６】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１７】本発明の他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図１８】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの具体的な構成図である。
【図１９】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２０】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２１】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２２】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２３】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２４】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程の部分斜視図乃至部分側断面図である。
【図２５】積層領域を説明する概略的な線図である。
【図２６】本発明のさらに他の一類型に係るナノファイバー熱電発電モジュールの他の使用例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面に基づいて本発明の熱電発電モジュール及びその製造方法の構成を詳細に説明する。
【００３６】
但し、開示された図面は当業者に本発明の思想が充分に伝えられるようにするための例として提供される。従って、本発明は、以下提示される図面に限定されず他の態様で具体化されることもできる。
【００３７】
また、本発明明細書で用いられる用語において別の定義がない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を持って、下記の説明及び添付図面で本発明の要旨を不要に曖昧にする公知機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
【００３８】
本発明に係るナノファイバー熱電発電モジュールは、電気紡糸装置を介して形成されたナノファイバーを備える。ます、本発明のナノファイバー熱電発電モジュールが備えるナノファイバーを製造提供する装置及びこれの製造過程を説明する。
【００３９】
図１には、本発明の一類型の一つで、ナノファイバー熱電発電モジュールに備えられるナノファイバー（ここで、ナノファイバーとはナノ糸または、ナノファイバーなど所定の超極細糸を指す）を含むナノファイバー束またはナノファイバーメッシュ（ここで、メッシュとは、メッシュ（mesh）、網、または、網目など交差配列されるナノ糸またはナノファイバーによって目が形成される構造体を指す）またはこれを製造するためのナノファイバー製造電気紡糸装置１の概略的な構成図が図示される。本発明の一類型の一つであるナノファイバー製造電気紡糸装置１は、ベース１１と電気紡糸出力部２０と電気紡糸誘導部３０とを備える。ベース１１は、電気紡糸されるナノファイバーを収集するための基板を支持してナノファイバーを誘導するための帯電体としての下記帯電電極を支持する構成要素として使用される。ベース１１は、ベース支持部１２とベースプレート１３を備える。ベース支持部１２は、ベースプレート１３の下部に配置されてベースプレート１３を水平状態に維持するように支持する構造を取る。場合によってベース支持部１２はＸ−Ｙステージ駆動構造を取ってベースプレート１３の所定の位置移送構造を取ってもよい。
【００４０】
ベースプレート１３の一面上には下記電気紡糸誘導部３０の電気紡糸帯電電極部３１、３２、３３、３４が配置されてもよい。本実施形態では図示されないが、ベースプレート１３の一面上には別途のリニアレールと、リニアレール上で稼動可能なリニアモーションブロックが備えられ、電気紡糸帯電電極部がリニアモーションブロック上に配置されて電気紡糸帯電電極部の距離を調整できる構造を取ってもよいなど様々な変形が可能である。
【００４１】
電気紡糸出力部２０は、電気紡糸ノズル２１と電気紡糸高電圧部２５を含み、より詳細には電気紡糸出力部２０は、ナノファイバーを形成するための材料、例えばｎタイプかｐタイプの半導体若しくはこれを含む材料、またはＣＮＴ若しくはＴｉＯ２等の材料を含む高分子化合物または伝導性高分子化合物などを選択的または単独的に収容して電気紡糸ノズル２１に提供する電気紡糸供給部２２、２３、２４をさらに備えてもよい。
【００４２】
本実施形態では、伝導性高分子化合物として分子量が７０００である材料を用いて、水とエタノールのような溶媒にＺｎＯのｎ−ｔｙｐｅ酸化物、Ｃｏ系列（Ｃａ３Ｃｏ４Ｏ９、ＮａＣｏ２Ｏ４、Ｌａ０．９５Ｓｒ０．０５ＣｏＯ３、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃｏ２Ｏｘ）のｐ−ｔｙｐｅ酸化物が製作可能な前駆体と高分子溶液を１０：９０〜６０：４０の重量比で混合して高分子化合物紡糸液を利用したが、本発明はこれに限定されずｎタイプまたはｐタイプを示すナノファイバーを形成する範囲で種々の材料選択が可能である。
【００４３】
電気紡糸ノズル２１は、伝導性高分子化合物を吐出させるノズル開口を備え、電気紡糸ノズル２１の端部、すなわち電気紡糸ノズル２１のチップは電気紡糸高電圧部２５と連結される。
本実施形態で電気紡糸ノズル２１のノズル開口は、０.２５ｍｍ〜１.００ｍｍの径を備える構造を取り、電気紡糸高電圧部２５は、７ｋＶ〜１１ｋＶの範囲の電圧が印加されて、０.０１〜１.００μｌ／ｈ範囲の移送流量の流動をなす実施形態を取るが、本発明の電気紡糸ノズルのノズル開口及び電気紡糸高電圧部によって電気紡糸ノズル２１のチップに印加される電圧及び移送流量は、これらの数値に限定されず、ノズル開口を介して吐出される高分子化合物の材料及び電気紡糸ノズルの吐出圧などの全体的な作業環境により多様な選択が可能である。
【００４４】
一方、電気紡糸ノズル２１は、電気紡糸供給部と連結されて、電気紡糸供給部２２、２３、２４を介して供給される溶液状態の高分子化合物が電気紡糸ノズル２１から吐出されるが、電気紡糸ノズル２１は電気紡糸供給部２２、２３、２４と連結される。
【００４５】
本発明の電気紡糸供給部は、溶液供給部２４と溶液移送部２３と溶液リザーバー２２を備える。溶液供給部２４は、溶液ソース２４ａと溶液供給ポンプ２４ｂを含み、溶液移送部２３は、移送ソース２３ａと移送コンプレッサー２３ｂを含む。溶液ソース２４ａは、高分子化合物ソリューションを収容する格納場所であり、溶液供給ポンプ２４ｂは、溶液ソース２４ａと連結されて溶液ソース２４ａから高分子化合物ソリューションを電気紡糸ノズル２１側、より具体的には溶液リザーバー２２に提供する。溶液リザーバー２２は、溶液移送部２３とも連結されるが、溶液移送部２３の移送ソース２３ａは、高分子化合物を溶液リザーバー２２から電気紡糸ノズルに伝達して電気紡糸ノズルに所定の移送加圧力を提供して所定の粘性によって流動が低下することを防止して電気紡糸ノズルから円滑に吐出できるようにする。移送ソース２３ａは、単に大気中の空気であってもよく、別の不活性ガスなどで形成されてもよいなど様々な変形が可能であるが、本実施形態ではフィルタリングされた空気を用いた。
【００４６】
移送ソース２３ａと連結される移送コンプレッサー２３ｂは、所定の移送加圧力を提供して溶液リザーバー２２に所定の加圧された気体を提供して、移送ガスを介して伝達される所定の移送加圧力によって溶液リザーバー２２から電気紡糸ノズル２１に高分子化合物溶液が円滑に伝達されて電気紡糸ノズル２１のノズル開口を介した円滑かつ持続的な高分子化合物繊維の吐出が可能である。
【００４７】
この時、移送ソースからの移送ガスが高分子化合物溶液と混合されることを防止するように、溶液リザーバー２２は、移送ガスが流入収容される空間と高分子化合物溶液が受容される空間が分離されるが、これら各々の空間の間には別途のスプール２２ａが配置されて移送ガスの移送加圧力を高分子化合物溶液側に伝達するシリンジタイプ構造を形成してもよい。
このような本発明の電気紡糸供給部は一例であり、本発明の電気紡糸供給部は、電気紡糸ノズル２１に高分子化合物溶液を提供する範囲で様々な構成を取ってもよい
【００４８】
電気紡糸誘導部３０は、電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４とスイッチング電源部３７、３９を含む。電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、電気紡糸ノズル２１と対向して配置されるが、電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、スイッチング電源部３７、３９と連結されて所定の帯電状態を形成して高電圧が印加された電気紡糸ノズル２１との間で電気紡糸ノズルから吐出されてナノファイバーを形成する高分子化合物繊維を電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４に誘導することができる。ここで、ナノファイバーと命名された要素は、電気紡糸ノズルから連続的に吐出されて連続線をなす高分子化合物繊維であるナノ糸（ナノスレッド）を示すこともでき、下記熱電発電モジュールに配置または形成される短い長さのナノ糸を指し示すこともできる。
【００４９】
電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、電気紡糸ノズル２１に対向してベース１１の一面上に配置される複数の帯電電極を含むが、本実施形態で電気紡糸帯電電極部は、第一の帯電電極部３１と第二の帯電電極部３２を含む（図１及び図２参照）。
【００５０】
第一の帯電電極部３１は、一つ以上の帯電電極を含むが、本実施形態で第一の帯電電極部３１は、一つのストリップタイプの帯電電極で具現されて、第二の帯電電極部３２は、少なくとも一部が第一の帯電電極部３１を向かうように配置される一つ以上の帯電電極を含む。本実施形態で第一の帯電電極部３１と第二の帯電電極部３２は、各々一つの導電ストリップで形成されてベース１１の一面上に互いに平行して対向して配置される。
【００５１】
スイッチング電源部３７、３９は、電気紡糸帯電電極部、すなわち第一の帯電電極部３１及び第二の帯電電極部３２と連結されて、これらを交互帯電させるが、スイッチング電源部３７、３９は、交互帯電のための交流電源を供給するスイッチング電源３７と印加される電源を各々の電気紡糸帯電電極部で断続させる交互スイッチ３９を含む。スイッチング電源部３７、３９は、制御部２の交互制御信号により稼動されて、特に交互スイッチ３９のターミナル（Ｔ１）の断続により第一の帯電電極部３１と第二の帯電電極部３２が交互順次帯電状態を形成する。場合によって、格納部３及び演算部４がさらに備えられ、各構成要素を制御するための基準値を格納したり比較演算を介した制御過程を具現したりする構成を取ってもよい。
【００５２】
本実施形態で第一の帯電電極部３１と第二の帯電電極部３２は、互いに平行した導電ストリップ構造で形成されたが、場合によって、第一の帯電電極部３１が交互帯電してナノファイバーの集合体であるナノファイバー束を形成する過程で第一の帯電電極部３１の特定部位にナノファイバーが集中することを防止するように、第一の帯電電極部が一列配置されたり予め設定された配列方法を取って順次または予め設定された帯電順序を形成する複数の帯電電極の集合で形成されてもよいなど様々な変形が可能である。
【００５３】
このような帯電電極部の配置構造を介して形成されるナノファイバー（nanofiber；ＮＦ）は、水平整列されるナノファイバーの集合体であるナノファイバー束（ＮＦＲ；nanofiber rope；nanofiber bundle）を形成することができる（図２参照）。このように形成されたナノファイバー束は追加工程ステップを経てもよい。例えば、約１００℃のキュアリングチャンバー環境に露出して熱処理を介した高分子化合物溶液に含まれた溶媒を揮発させるキュアリング工程を経てもよく、場合によって追加的にナノファイバーをなすナノファイバー束を形成するように高分子化合物の少なくとも一部を部分的に除去するように高分子化合物の融点以上の高温で溶融熱処理するアニーリング工程を介して高分子化合物としての有機物を一部除去できるが、このような過程を介して所定のグレーン（grain）を形成するようにして、熱伝導度を低くしてナノファイバーの電気伝導性を増進させることができる。
【００５４】
また、場合によってナノファイバー製造電気紡糸装置は、電気紡糸帯電電極部の一面上に配置されるオーバーフレーム４０をさらに備えてもよい。オーバーフレーム４０は、電気紡糸帯電電極部と電気紡糸出力部との間に電気紡糸帯電電極部の一面上部に配置されて電気紡糸ノズル２１から吐出される高分子化合物ナノファイバー繊維を収集する。オーバーフレーム４０は、本実施形態では四角形枠として形成されるが、これに限定されない。このようなオーバーフレーム４０を介した高分子化合物ナノファイバー繊維の収集で、電気紡糸ノズルを介した紡糸完了後形成されたナノファイバーの移送または転写のための後続作業をより円滑に行うことができる。
【００５５】
オーバーフレーム４０の少なくとも一部は、伝導性材料で形成される構造を取ることができる。すなわち、図２に示されたように、伝導性フレーム部４１と非伝導性フレーム部４３を備え、伝導性フレーム部４１は、電気紡糸帯電電極部の配置位置に対応して形成されることによって、交互帯電による高分子化合物ナノファイバー繊維の誘導が阻害されることを防止することもできる。
【００５６】
一方、前記実施形態で電気紡糸帯電電極部は、二つの平行配置される導電ストリップ構造を取ったが、本発明の電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、様々な構成が可能である。すなわち、電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、離隔して配置される二つ以上の帯電電極部を備え、各帯電電極部は一つ以上の帯電電極を含み、いずれか一つの帯電電極部の少なくとも一部は、他の帯電電極部の少なくとも一部に向かって配置される構造を取ることができる。
【００５７】
他の一例で図３に示されたように、電気紡糸帯電電極部３１、３２；３３、３４は、第一の帯電電極部３１、第二の帯電電極部３２、第三の帯電電極部３３、第四の帯電電極部３４を含み、これらは四角形配置構造をなして、第一の帯電電極部３１、第二の帯電電極部３２がそして第三の帯電電極部３３、第四の帯電電極部３４が互いに対向して配置される構造を取ることができる。このような構造を介してナノファイバー（ＮＦ）がウェブタイプで形成されたナノファイバーメッシュ（ＮＦＭ）を形成することができる。
【００５８】
以下では前記のようなナノファイバー製造電気紡糸装置を介して製造されたナノファイバーまたはナノファイバー束若しくはナノファイバーメッシュのような集合体を利用して形成されるナノファイバー熱電発電モジュール及びこれの製造方法を説明する。
図４には、本発明の一実施形態に係るナノファイバー熱電発電モジュール１０の一例が図示される。ナノファイバー熱電発電モジュール１０は、異なる二つの熱源（ＴＨ、ＴＬ）の間に介在して熱電発電をなす基礎構造である単位体（ＴＵ）の集合からなる。単位体（ＴＵ）は、第一の電極２１０と第二の電極２２０と第一のナノファイバー３１０及び第二のナノファイバー３２０を含む。第一の電極２１０は、一つの熱源（ＴＨ）側に配置可能で、第二の電極２２０は、他の一つの熱源（ＴＬ）側に第一の電極２１０と離隔して配置可能である。第一のナノファイバー３１０は、第一の電極２１０と第二の電極２２０を連結させて、ｎタイプかｐタイプの半導体からなる。第二のナノファイバー３２０は、第一のナノファイバー３１０を形成するタイプと他のタイプの半導体からなり、一側は第一の電極２１０側に連結されて、他側は単位体（ＴＵ）と隣接する他の単位体（ＴＵ）の第二の電極２２０側に連結される。
【００５９】
ここで、ナノファイバー３１０、３２０は、前記のナノファイバー電気紡糸装置１を介して製造されるが、図４の実施形態に係るナノファイバー熱電発電モジュールは、ナノファイバーで形成されたナノファイバー束を利用して、図４のナノファイバー熱電発電モジュールの製造過程を説明する。
【００６０】
まず、図５及び図６に図示された通り、電極形成ステップが実行される。図６では、図５の第一の電極２１０を基準に形成された側断面を図示する。すなわち、基板１００の一面上に第一の電極２１０及び第二の電極２２０を形成するが、通常のフォトリソグラフィを利用して形成することができる。第一の電極２１０と第二の電極２２０は、互いに離隔して各々複数が一列整列して対向して交互配置される構造を取ってもよい。すなわち、図６のように側断面方向で見る時第一の電極２１０の両端は、各々単位体（ＴＵ）をなす第二の電極２２０の一部と、隣接した異なる他の単位体（ＴＵ）の第二の電極の一部と交差する領域構造を有するように交差対向配置される構造を形成する。後述される過程上に形成されるように、ナノファイバー中の一つ、例えば第一のナノファイバー３１０は、同じ単位体の第一の電極と第二の電極に、そして第二のナノファイバー３２０は、第一の電極と隣接する他単位体の第二の電極に連結される構造を取るように形成される。
【００６１】
一方、第一の電極２１０及び第二の電極２２０を形成する材料としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、炭素（Ｃ）及びインジウム（Ｉｎ）を含むグループで選択される少なくとも一つ以上の材料を含む構成を取ってもよい。例えば、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）の単一材料で形成されてもよく、本実施形態のように透明電極としてのＩＴＯ、ＩＺＴＯ、ＩＧＺＯのような材料で形成されてもよい。
【００６２】
基板はフレキシブル基板で具現可能である。
前記フレキシブルベース基板は、ＰＤＭＳ（Poly dimethyl siloxane）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリカーボネート（Poly carbonate）、ＰＭＭＡ（Poly methyl methacrylate）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ；Cyclo olefin copolymer）、パリレン（Parylene）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシラン（polysilane）、ポリシロキサン（polysiloxane）、ポリシラザン（polysilazane）、ポリカルボシラン（polycarbosilane）、ポリアクリレート（polyacrylate）、ポリメタリルレート（polymethacrylate）、ポリメチルアクリレート（polymethylacrylate）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチルアクリレート（polyethylacrylate）、ポリエチルメタクリレート（polyethylmetacrylate）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、パーフルオロアルキル高分子（ＰＦＡ）のうちいずれか一つで構成されるかこれらの組合せからなってもよい。
【００６３】
このような基板は、設計仕様により様々な材質が選択されるが、場合により透明材質の基板が選択されてもよい。すなわち、本発明の基板が透明基板であり、第一の電極及び前記第二の電極が透明電極であり、透明基板を間に置いて一側から反対側への光の透光性が予め設定された透光性を備えてもよい。このような透光性または透明性構造を取る場合、コンパクトな電子機器などの活用性が増大して設計自由度を急激に高めることもできる。
【００６４】
基板１００上に電極２１０、２２０が形成された後、第一のナノファイバー配置ステップが実行される。第一のナノファイバー配置ステップで、第一のナノファイバーは、一端である第一の電極２１０側に、そして他端が第二の電極２２０側に配置される構造を取るが、第一のナノファイバー３１０は、ｎタイプかｐタイプの導体または半導体を備え、下記の第二のナノファイバーは、第一のナノファイバーと異なるタイプを備える方法を取る。第一のナノファイバーがｎタイプである場合、第二のナノファイバーがｐタイプを、そして第一のナノファイバーがｐタイプである場合、第二のナノファイバーがｎタイプをなす択一的構造を取る。
【００６５】
より詳細には、第一のナノファイバー配置ステップは、第一のナノファイバーパターン形成ステップと第一のナノファイバー転写実行ステップを備える。
【００６６】
第一のナノファイバーパターン形成ステップは、基板１００上にフォトレジストを利用して第一のナノファイバーパターン２１０−１を形成する。第一のナノファイバーパターン２１０−１は、第一のナノファイバー開口２１１−１を含む。第一のナノファイバー開口２１１−１は、第一のナノファイバーパターン２１０−１に形成されるが、第一のナノファイバー３１０が形成される位置に対応して形成する。本実施形態で、第一のナノファイバー開口２１１−１は、第一の電極２１０の一端と同じ単位体内の第二の電極２２０の一端が露出するように一つ以上が予め設定された間隔で形成される。
【００６７】
その後、第一のナノファイバー転写実行ステップが実行されるが、第一のナノファイバー転写実行ステップは、第一のナノファイバー（ＮＦ）を含む第一のナノファイバー束（ＮＦＲ、３１０−１）を用意して、用意された第一のナノファイバー束を利用して第一のナノファイバー開口２１１−１を含む第一のナノファイバーパターン２１０−１側に転写実行する。
【００６８】
すなわち、図９〜図１１に図示された通り、先述されたナノファイバー電気紡糸装置１で整列形成された複数のナノファイバー（ＮＦ）を含むナノファイバー束（ＮＦＲ）を基板１００の上部に配置して、下部から基板１００を移送させて第一のナノファイバーパターン２１０−１の一面上に移されて第一のナノファイバー束３１０−１が配置形成される。この過程で、第一のナノファイバーパターン２１０−１に形成された第一のナノファイバー開口２１１−１を介して第一の電極２１０側を含んで基板の一面上に第一のナノファイバー３１０が配置される。
【００６９】
その後、図１２及び図１３に図示された通り、保護層形成ステップが実行される。保護層形成ステップでは、第一のナノファイバー束３１０−１の一面上に保護層４００−１を形成するが、第一のナノファイバー開口２１１−１を介して基板１００上に形成された第一のナノファイバー３１０の一面上に、実質的保護層４１０が形成される。このような保護層は、例えば窒化層または酸化層を含むが、これらを形成する材料としては、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＳｉＢＮ及びＳｉ３Ｎ４等を含んでもよい。
【００７０】
その後、図１４及び図１５に図示された通り、第一のナノファイバーパターンのように基板上に形成されたフォトレジストを除去するリフトオフ（lift-off）ステップを実行するが、このような工程を介して同じ単位体内の第一の電極と第二の電極を連結する第一のナノファイバー３１０及びこれを基板１００上で保護する保護層４００構造を形成することができる。
【００７１】
その後、第二のナノファイバーに対しては第一のナノファイバーの形成過程が繰り返されるので、重複した説明は省略して第一のナノファイバーとの差を中心に説明する。
第一のナノファイバーの形成が完了した後、第二のナノファイバー配置ステップが実行される。第二のナノファイバー配置ステップで、第二のナノファイバーは一端である第一の電極２１０の他端側に、そして第二のナノファイバーの他端が隣接した異なる他の単位体の第二の電極２２０側に配置される構造を取り、第二のナノファイバー３２０は、第一のナノファイバーと異なるタイプを備える。
【００７２】
第二のナノファイバー配置ステップは、第二のナノファイバーパターン形成ステップと第二のナノファイバー転写実行ステップを備え、第二のナノファイバーパターン形成ステップは、基板１００上にフォトレジストを利用して第二のナノファイバーパターン２１０−２を形成する。第二のナノファイバーパターン２１０−２は、第二のナノファイバー開口２１１−２を含む。第二のナノファイバー開口２１１−２は、第二のナノファイバーパターン２１０−２で第二のナノファイバー３２０が形成される位置に対応して形成する。本実施形態で、第二のナノファイバー開口２１１−２は、第一の電極２１０の他端と他の隣接単位体内の第二の電極２２０の一端が露出するよう一つ以上が予め設定された間隔で形成される。
【００７３】
その後、第二のナノファイバー転写実行ステップが実行される。第二のナノファイバー転写実行ステップでは、第二のナノファイバー（ＮＦ）を含む第二のナノファイバー束（ＮＦＲ、３２０−１）を用意して、用意された第二のナノファイバー束を利用して第二のナノファイバー開口２１１−２を含む第二のナノファイバーパターン２１０−２側に転写実行する（図１６参照）。転写過程は、第一のナノファイバーの場合と同様である。
【００７４】
その後、図１６に図示された通り、保護層形成ステップのよって保護層が第二のナノファイバー束（ＮＦＳ；３２０−１）が実行される。保護層形成ステップでは、第二のナノファイバー束３２０−１の一面上に保護層４００−２を形成する。第二のナノファイバー開口２１１−２を介して基板１００上に形成された第二のナノファイバー３２０の一面上では実質的保護層４１０が形成される。
【００７５】
その後、図１７に図示された通り、第二のナノファイバーパターンのように基板上に形成されたフォトレジストを除去するリフトオフ（lift-off）ステップを実行する。このような工程を介して同じ単位体内の第二の電極と第二の電極を連結する第二のナノファイバー３２０及びこれを基板１００上で保護する保護層４００構造及び先に実行された第一のナノファイバー３１０／保護層４００の構造が基板１００の一面上に形成される構造を形成することができる。このような構造を介して図４に図示された通り、複数の単位体が連続的に直列連結構造のナノファイバー電気紡糸製造装置を介して形成された整列ナノ糸を利用したナノファイバー熱電発電モジュールを製造することができる。
【００７６】
一方、先述の実施形態で本発明の方法によって形成されたナノファイバー束を利用したナノファイバー熱電発電モジュールは、電極とナノファイバーが同じ平面上に配置されて連続直列連結される構造を図示したが、本発明によって形成されたナノファイバーが束を利用する方式に限定されず電荷運搬体の移送率を最大化させるようにウェブ構造のレイヤータイプを利用した立体的積層構造を形成してもよい。
【００７７】
すなわち、図１８に図示された通り、ナノファイバー熱電発電モジュール１０は、異なる二つの熱源（ＴＨ、ＴＬ）の間に配置される複数の単位体を備え、一側から熱の入力を受けて（ＱＨ）、他方で熱損失の発生を介して、電極間の熱温度差による熱電発電機能が実行される。この時、単位体は第一のナノファイバーメッシュ３１０ａと第二のナノファイバーメッシュ３２０ａとインシュレーターレイヤー４００ａを備え、第一のナノファイバーメッシュ３１０ａと第二のナノファイバーメッシュ３２０ａを順次直列連結されるように配置される第一の電極２１０ａ及び第二の電極２２０ａ；２２１ａ、２２３ａ、２２５ａを含む。
【００７８】
このような第一の電極及び第二の電極が透明電極であり、インシュレーターレイヤーも予め設定された透光性を備える場合、全体的に積層構造の一側から他側への光の透光性が予め設定された投光度を備えて所望の設計仕様の透光性を確保してもよい。このようなインシュレーターレイヤーは、例えば光を透過させるペリレンＮ、ペリレンＣ、ペリレンＤ等のような透光性材質で形成されてもよく、全体的に積層構造の一側から他側に透過される光の予め設定された透光性を備えてもよい。
【００７９】
場合によりインシュレーター層は互いに異なる材質で形成されてもよい。また、インシュレーターレイヤーの材料選定において、屈折率を調整して層ごとに個別設計配置をなして視覚的不便を解消する構造を取ってもよい。
【００８０】
このようなインシュレーター層は、透明層、反射層等選択的設計が可能で、設計仕様により多様な選択が可能である。
【００８１】
第一のナノファイバーメッシュ３１０ａと第二のナノファイバーメッシュ３２０ａが用意されるが、ウェブタイプをなす第一のナノファイバーメッシュ３１０ａと第二のナノファイバーメッシュ３２０ａは、ナノファイバー製造電気紡糸装置１を介して製造されるナノファイバーメッシュとして用意される。、ナノファイバーメッシュの製造過程は先述しており、重複した説明は省略する。
【００８２】
先述のナノファイバー束と同様に、第一のナノファイバーメッシュ３１０ａは、ｎタイプかｐタイプの半導体を備える。第二のナノファイバーメッシュ３２０ａは、第一のナノファイバーと異なるタイプを備える方法を取り、第一のナノファイバーがｎタイプである場合、第二のナノファイバーがｐタイプを、そして第一のナノファイバーがｐタイプである場合、第二のナノファイバーがｎタイプをなす択一的構造を取る。
【００８３】
インシュレーターレイヤー４００ａは、第一のナノファイバーメッシュ３１０ａと第二のナノファイバーメッシュ３２０ａとの間に介在されて共に面積層構造を形成する。インシュレーターレイヤー４００ａは、例えば、本実施形態で窒化層または酸化層を備える薄膜シーツで形成されるが、これらを形成する材料としては、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＳｉＢＮおよびＳｉ３Ｎ４等を含んでもよい。
【００８４】
また、第一の電極２１０ａと第二の電極２２０ａが形成されるが、本発明の一実施形態に係る第一の電極２１０ａと第二の電極２２０ａは、導電性スラリー（conductive slurry）または導電性ソリューション（conductive solution）で形成製造されたが、溶媒が揮発された後金属などの導電性材料だけが残留して同じ単位体内の第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュを連結したりまたは異種隣接単位体間の第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュを連結したりすることによって、電荷誘導体の流れが積層されたナノファイバーメッシュ間に直列連続的になすようにしてもよい。このような積層構造を介して第一の電極２１０ａは複数が一つの熱源側に、そして第二の電極は複数が他の一つの熱源側に露出する構造を取ることになる。
【００８５】
本発明のナノファイバーメッシュ及びインシュレーターレイヤーの積層において、メッシュ交差領域とメッシュ非交差領域を形成して、これらの領域差を利用して電極を形成配置することによって、装置のコンパクトな構成をなすようにする構造をなしてもよい。すなわち、図２５に図示された通り、積層されるナノファイバーメッシュを上部で平面図の時点で見た時、第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュは、場合により同じ全体面積を有する構造を取り、両端が互いに行き違って両端整列する構造を取ってもよい。このような構造、すなわち平面上で見る時各々の異なるタイプのナノファイバーメッシュを平面に投影時積層交差するメッシュ交差領域（ＳＳ）とメッシュ非交差領域（Ｓｕ１、Ｓｕ２）が発生する。図２２を参照すると、図面記号ｌｏの大きさを有する最外側に配置されるメッシュ層を除いて、上部に最外側以外の他の積層ナノファイバーメッシュの場合、メッシュ交差領域を形成するようにナノファイバーメッシュの長さがｌｓ＋ｌｕ１またはｌｓ＋ｌｕ２と表現される長さを有し、積層される全体幅はｌｓ＋ｌｕ１＋ｌｕ２（＝ｌｏ）の大きさを有するように形成され、両端整列する構造を取ってメッシュ非交差領域（Ｓｕ１、Ｓｕ２）には先述された導電性ソリューションまたは導電性スラリーが液状状態で吐出塗布された後、場合により所定のキュアリング過程を経て硬化された電極が形成配置できる。
【００８６】
以下では、図１８でのような積層構造のナノファイバー熱電発電モジュール１０ａを製造する過程を図１９〜図２４を参照して説明する。
まず、第一のナノファイバーメッシュ３１０ａ及び第二のナノファイバーメッシュ３２０ａを用意する。第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュのナノファイバー製造電気紡糸装置を利用して交互帯電方式を介した製造過程は先述したのと同様であるため、重複した説明は省略して前記したもので代替する。ここで、第一のナノファイバーメッシュ及び第二のナノファイバーメッシュは、ｎタイプまたはｐタイプ導体／半導体を択一的に備える構成を取ることは先述した通りである。
【００８７】
その後、第一のナノファイバーメッシュ及び第二のナノファイバーメッシュを備える単位体（ＴＵ）を積層する単位体積層ステップを実行する。単位体積層ステップは、単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体インシュレーターレイヤー配置ステップと、単位体第二のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体第一の電極形成ステップと、単位体他インシュレーターレイヤー配置ステップと、他単位体第一のナノファイバーメッシュ配置ステップと、単位体第二の電極形成ステップを含むが、このような単位体積層ステップは、予め設定された過程だけ繰り返されたり、以後に個別的な予め設定されただけの単位体の一部構成が追加積層される方式で製造されてもよい。ここで、単位体は、ナノファイバー製造電気紡糸方式を介して製造されたナノファイバーメッシュを含むナノファイバー熱電発電モジュールを形成する最小単位を示し、単位体は複数が積層されてもよく、一つの単位体に連続的に積層されるか、または一つの単位体の形成に先立って先に形成された隣接した単位体を他単位体と命名する。
【００８８】
図１９に図示された通り、第一のナノファイバーメッシュ３１０ａが配置された後、インシュレーターレイヤー４００ａが配置され、インシュレーターレイヤー４００ａの一面上に第二のナノファイバーメッシュ３２０ａが配置される（図２０参照）。この時、第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュそして場合によりこれらの間に介在するインシュレーターレイヤーは、先述された通り及び図面のように両端整列してメッシュ交差領域とメッシュ非交差領域を形成するように配置される。その後、導電性スラリーまたは導電性ソリューションが液滴状態で塗布２１０ａ−１されて第一の電極２１０ａを形成し、第一のナノファイバーメッシュと第二のナノファイバーメッシュの一端を連結する（図２１参照）。その後、単位体他インシュレーター４００ａを配置させて上部に再び他単位体を形成する第一のナノファイバーメッシュ３１０ａを配置した後（図２２参照）、第一の電極のように導電性スラリーまたは導電性ソリューションを塗布２２０ａ−１して、第二の電極２２０ａを形成する（図２３参照）。ここで、図２１と図２３の単位体第一の電極形成ステップまたは単位体第二の電極形成ステップは、より具体的に電極塗布ステップと電極硬化ステップを備える。ここで、導電性スラリーまたは導電性ソリューションが液滴状態で塗布される電極塗布ステップと、これを一定の温度環境下で所定の時間の間露出させて熱硬化させて揮発性材料を除去する電極硬化ステップが実行されてもよい。
【００８９】
このような単位体を複数繰り返し積層して所定の予め設定された個数の単位体を有する積層タイプのナノファイバー熱電発電モジュールを形成することができる（図２４参照）。ここで、最外側のナノファイバーメッシュには個別的な電極が各々形成されてもよく、図示されないが場合により最外側ナノファイバーメッシュを保護するためのインシュレーターレイヤーのような保護層が追加で配置されてもよい。
【００９０】
前記実施形態で第一のナノファイバーと第二のナノファイバーは互いに異なるタイプを取る範囲で択一的構成が可能で、これにより、基板上の形成位置または積層順序などは設計仕様により変えることができる。
【００９１】
前記の通りに製造される本発明の熱電発電モジュールは、自動車温度調節シーツ（Climate C-ntr-l）のような自動車部品、半導体（循環器、冷却版）、バイオ（血液分析器、ＰＣＲ、試料温度サイクルテスター器）、理学分野（スペクトロフォトメーター）、光学分野（ＣＣＤクーリング、赤外線センサー冷却、レーザーダイオード冷却、フォトダイオード冷却、ＳＨＧレーザー冷却）、コンピュータ（ＣＰＵ冷却）、家電製品（キムチ冷蔵庫、小型冷蔵庫、冷温水器、ワイン冷蔵庫、米びつ、除湿機等）、発電（廃熱発電機、リモートパワー発電）等、熱と電気が連動する多様な分野に適用可能である。すなわち、熱源から熱が放出される素子などに対して面接触可能な構造を取り、熱源から放射状に放出される熱の伝達方向に垂直するように水平配置されて、大面積化可能なハイブリッド構造をなす範囲で多様な変形が可能で、フレキシブル基板に実装される構造または柔軟材料としての機能性繊維等に実装される構造を取り、人体から発散される熱を利用して自己発電を成してスマートフォン、タブレット等の携帯機器の電源として活用することもできる。
【００９２】
また、基板または電極を透明材料または所定の材料で形成してビル、車両などのガラスなどに設置することによって外部熱源を利用した発電設備として活用してもよい。
【００９３】
また、図２６に図示された通り、所定の制御部などの制御信号により作動するスイッチと電源部を介して所定の制御状態で電気を供給して面接触または離隔した構造（好ましくは面接触）を介して囲繞された領域での緊急冷却動作を介した放熱性向上構造を形成して、全体システム装置の誤作動発生を防止できることは前記事項から本発明の効果として明白である。
【００９４】
以上の説明で本発明のハイブリッド型熱電発電モジュールとその製造方法及びこれのためにナノファイバー製造電気紡糸装置の構成及び作動を添付された図面を参照して詳細に説明したが、本発明は当業者によって多様な修正、変更及び置換が可能で、このような修正、変更及び置換は、本発明の保護範囲に属すると解釈されなければならない。
【符号の説明】
【００９５】
１       ナノファイバー製造電気紡糸装置
１０     ナノファイバー熱電発電モジュール
２１０   第一の電極
２２０   第二の電極
３１０   第一のナノファイバー
３２０   第二のナノファイバー
ＴＨ、ＴＬ 熱源
【図１】
0006388569.tif 000002
【図２】
0006388569.tif 000003
【図３】
0006388569.tif 000004
【図４】
0006388569.tif 000005
【図５】
0006388569.tif 000006
【図６】
0006388569.tif 000007
【図７】
0006388569.tif 000008
【図８】
0006388569.tif 000009
【図９】
0006388569.tif 000010
【図１０】
0006388569.tif 000011
【図１１】
0006388569.tif 000012
【図１２】
0006388569.tif 000013
【図１３】
0006388569.tif 000014
【図１４】
0006388569.tif 000015
【図１５】
0006388569.tif 000016
【図１６】
0006388569.tif 000017
【図１７】
0006388569.tif 000018
【図１８】
0006388569.tif 000019
【図１９】
0006388569.tif 000020
【図２０】
0006388569.tif 000021
【図２１】
0006388569.tif 000022
【図２２】
0006388569.tif 000023
【図２３】
0006388569.tif 000024
【図２４】
0006388569.tif 000025
【図２５】
0006388569.tif 000026
【図２６】
0006388569.tif 000027