Further development of methods and automation of measuring parameters of thermoelectric semiconductor energy converters

Editorial Board PCSS Journal; Б.С. Дзундза; М.В. Штунь; С.В. Домбровський; З.М. Дашевський

doi:10.15330/pcss.27.2.318-325

Автор(и)

Б.С. Дзундза Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
М.В. Штунь Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
С.В. Домбровський Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
З.М. Дашевський Університет Бен-Гуріона в негеві, Беер-Шева, Ізраїль

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.318-325

Ключові слова:

термоелектричні перетворювачі, чиста енергія, автоматизація, напівпровідникові структури, схемотехніка, мікропроцесор, комп’ютерне моделювання, 3D моделювання, цифро-аналоговий перетворювач

Анотація

Розроблено концепцію та апаратно програмні засоби автоматизованого вимірювання термоелектричних параметрів напівпровідникових перетворювачів енергії. Система побудована на основі вдосконалених вакуумних методів прямих вимірювань з застосуванням сучасної елементної бази, високоточних аналого-цифрових перетворювачів, що у поєднанні з програмними методами обробки отриманих експериментальних даних дало можливість підвищити точність вимірювання. Розроблено прецизійний програмно керований стабілізатор струму, який дозволяє проводити вимірювання електричних характеристик термоелектричних перетворювачів енергії в широкому діапазоні навантажень від одиниць мікроампер до декількох ампер. Реалізована можливість автоматизованої діагностики та визначення експлуатаційних параметрів напівпровідникових термоелектричних модулів перетворення енергії, зокрема тонкоплівкових, що дає можливість відбраковувати дефектні модулі і в цілому значно підвищує надійність термоелектричних генераторів.

Проведено експериментальні дослідження серії генераторних термоелектричних зразків з відомими характеристиками та показано ефективність розроблених засобів із застосуванням описаних методик аналізу експериментальних даних.

Посилання

B. Beltrán-Pitarch, J. Prado-Gonjal, A.V. Powell, Experimental conditions required for accurate measurements of electrical resistivity, thermal conductivity, and dimensionless figure of merit (ZT) using Harman and impedance spectroscopy methods, Journal of Applied Physics, 125(2), 025111 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5077071.

C.J. Vineis, A. Shakouri, A. Majumdar, M.G. Kanatzidis, Nanostructured hermoelectrics: Big Efficiency Gains from Small Features, Adv. Mater. 22, 3970 (2010); https://doi.org/10.1002/adma.201000839.

M.A. Ruvinskii, O.B. Kostyuk, B.S. Dzundza, M.L. Mokhnatskyi, Y.S. Yavorskyy, Kinetic phenomena and thermoelectric properties of polycrystalline thin films based on PbSnAgTe compounds, Journal of Nano- and Electronic Physics, 9(5), 05004 (2017); https://doi.org/10.21272/jnep.9(5).05004.

M.A. Ruvinskii, O.B. Kostyuk, B.S. Dzundza, The influence of the size effects on the termoelectrical properties of PbTe thin films, Journal of nano- and electronic physics, 8(2), 02051 (2016); https://doi.org/10.21272/jnep.8(2).02051.

Ashish Kumar, Ashutosh Patel, Saurabh Singh, K. Asokan, D. Kanjilal, Apparatus for Seebeck coefficient measurement of wire, thin film and bulk materials in the wide temperature range (80 – 650 K), The Review of scientific instruments, (2019); https://doi.org/10.1063/1.5116186.

J. Martin, T. Tritt, C. Uher, High temperature Seebeck coefficient metrology, Journal of Applied Physics, 108, (2010); https://doi.org/10.1063/1.3503505.

J. De Boor, E. Müller, Data analysis for Seebeck coefficient measurements, Review of scientific instruments, 84, 065102 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4807697.

Ruifeng Xiong, Saeed Masoumi, Amir Pakdel, An Automatic Apparatus for Simultaneous Measurement of Seebeck Coefficient and Electrical Resistivity, Energies, 16(17), 6319 (2023); https://doi.org/10.3390/en16176319.

Quan Liu, Tao Huang, Xu Chen, Siyong Gu, Tongtong Duan, Mi Lu, Jianping Lin, Measurement of non-equilibrium characteristics of thermoelectric materials, Journal of Materials Research and Technology, 28, 2740 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.161.

K. Huang F. Edler, Multiphysics Simulation of Seebeck Coefficient Measurement, Journal of Electronic Materials, 51, 3276 (2022); https://doi.org/10.1007/s11664-022-09577-9.

Robin Werner, Jaroslaw Kita, Michael Gollner, Florian Linseis, Ralf Moos, Gauge to simultaneously determine the electrical conductivity, the Hall constant, and the Seebeck coefficient up to 800 °C, Journal of Sensors and Sensor Systems, 12, 69 (2023); https://doi.org/10.5194/jsss-12-69-2023.

E.K. Belonogov, S.B. Kushchev, Maxim Sumets, D.V. Serikov, The Effect of Photonic Processing on Increasing the Thermoelectric Q-Factor of a Solid Solution Bi2Te3–Bi2Se3, Inorganic Materials: Applied Research, 14(3), 595 (2024); https://doi.org/10.1134/S2075113323030061.

S. Dong, Y. Li, G. Chen, An improved laser flash method for thermal conductivity measurement of molten salts. Progress in Natural Science: Materials International, 34(1), 147 (2024); https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2024.02.003.

N. Nakamura, K. Takahashi, Y. Miyazaki, Measurement of thermoelectric figure of merit using optical heating and thermography. Science and Technology of Advanced Materials, 26(1), 2551485 (2025); https://doi.org/10.1080/14686996.2025.2551485.

B.S. Dzundza, O.B. Kostyuk, U.M. Pysklynets, Z.M. Dashevsky, Development of high-precision hardware and software tools for automated determination of the characteristics of thermoelectric devices, Physics and chemistry of solid state, 24(2), 278 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.2.278-283.