Исследователи из Саудовской Аравии создали первый термоэлектрический генератор на подложке из гибкого силикона. Устройство способно генерировать в 30 раз больше энергии, чем предыдущие модели аналогичных генераторов. В будущем оно может найти применение в целом ряде областей, в частности, в мобильных телефонах, ноутбуках, биомедицинских датчиках и других портативных инструментах.

Термоэлектрические генераторы – это, фактически, преобразователи тепловой энергии в электрическую. Устройства хорошо проводят электрический ток, но при этом плохо проводят тепло; кроме того, для них характерно проявление так называемого термоэдс (разность потенциалов на двух концах устройства, вызванная перепадом температуры между этими точками).

В своей последней работе группа исследователей из Integrated Nanotechnology Lab в King Abdullah University of Science and Technology (Саудовская Аравия) создала миниатюрный термоэлектрический генератор на гибкой подложке, способный генерировать мощность 0,15 мкВт, что в 30 раз превышает ранее создававшиеся устройства подобного рода.

Стоит отметить, что генерируемой устройством энергии достаточно, чтобы питать отдельные схемы датчиков с минимальными энергозатратами, в частности, некоторые виды вживляемых биомедицинских устройств.

Процесс создания устройства включал в себя несколько этапов. На первом этапе производства устройства исследователи наносили двумерный слой теллурида висмута и теллурида сурьмы на поверхности недорогого объемного монокристалла кремния. Таким образом,

на слое кремния всего 18 мкм толщиной формировалось 63 термобатареи. Далее исследователи преобразовывали устройство, заменяя подложку из жесткого кремния на гибкую и прозрачную систему с использованием наиболее современных CMOS-совместимых процессов.

Как объясняют члены научной группы, значительного увеличения мощности устройства удалось добиться, благодаря уменьшению площади поперечного сечения кремниевой подложки.

А механическая гибкость устройства значительно увеличивает сферу возможных применений разработки, поскольку генератор теперь может быть интегрирован в самые разнообразные поверхности (даже неправильной формы).

Научная группа придерживается мнения, что область применения их разработки практически не имеет границ.

Термоэлектрические генераторы могут быть полезны в бытовой электронике, к примеру, в мобильных телефонах, ноутбуках или портативных устройствах, ориентированных на использование в агрессивных средах. Кроме того, генераторы подходят для питания имплантируемых электронных компонент. В перспективе они даже потенциально могли бы помочь преодолеть трудности, связанные с сокращением срока службы подобных устройств из-за неисправностей аккумуляторов.

В ближайшем будущем команда планирует изготовить гибкую и высокопроизводительную систему на одном чипе, автономно питаемую при помощи термоэлектрического генератора.

Основная задача в данном случае будет заключаться в интеграции различных электронных модулей (как генерирования электроэнергии, так и ее хранения) в единую структуру. Однако группа уверена, что сможет реализовать подобную автономную систему уже в ближайшем будущем.

Подробные результаты их работы опубликованы в журнале Small.