A l’heure actuelle de la rédaction de ce manuscrit, ces modules n’ont pas encore pu être caractérisés.
Néanmoins, une estimation des performances électriques de ces modules a été étudiée, présentée dans le tableau 2.12 ci-après. Ces estimations sont basées sur le modèle de dimensionnement proposé au paragraphe précédent, en tenant évidemment compte des légères modifications à effectuer compte tenu du passage d’un mode de transport 2D à 3D.
Ce tableau présente les valeurs estimées pour la résistance électrique Rg interne au module, la
tension Seebeck VS et la puissance électrique Pu, pour une différence de température ∆T = 1K.
Le choix de cette valeur de ∆T se justifie par le fait que, compte tenu de l’étude précédente effectuée sur le dimensionnement, il n’est pas réaliste d’appliquer un ∆T de 100K sur une épaisseur de 5 µm, nécessitant dans ce cas un flux thermique beaucoup trop important. Ainsi, des maxima de tension de 700 mV et de puissance de 3.6 mW sont susceptibles d’être récupérés pour un ∆T de 1K, respectivement pour les modules 1 et 7.
Ces résultats estimés sont à tout à fait prometteurs et n’attendent qu’à être validés. numéro du dispositif largeur des plots a (µm×µm) espacement (µm) nombre de jonctions 1 3 63700 2 5 55400 3 25×25 10 40600 4 3 17700 5 5 16400 6 50×50 10 13800 7 100×100 5 9600
numéro du dispositif Résistance interne Rg (Ω) Tension Seebeck Vs (mV) Puissance utile Pu (mW) 1 8281 7001 1.5 2 7202 6094 1.3 3 5278 4466 0.9 4 575 1947 1.6 5 533 1804 1.5 6 449 1518 1.3 7 78 1056 3.6
TAB 2.12 – Estimation des performances électriques des modules pour une différence de
température ∆T = 1K.
IV - Conclusion du chapitre 2
Ce chapitre a démontré la faisabilité et la réalisation de dispositifs thermoélectriques à base de couches minces de bismuth et d’antimoine.
Tout d’abord, ces deux éléments, ainsi que les semimétaux d’une manière plus générale, ont été présentés. Leur structure électronique particulière et leurs paramètres thermoélectriques ont été étudiés, justifiant le choix de leur utilisation et de leur intégration au sein de modules thermoélectriques.
Le dispositif expérimental ainsi que l’élaboration des couches minces par pulvérisation cathodique ont été exposés. Les structures cristallographiques et les caractérisations électriques et thermoélectriques, notamment par la mesure des résistivités, ont été étudiées. Le développement d’un recuit par laser a permis, par ailleurs, une amélioration en puissance délivrée de plus de 300 %
Enfin, l’intégration du bismuth et de l’antimoine dans des dispositifs thermoélectriques générateurs de puissance a été réalisée. La première génération de ces dispositifs, planaire, a permis la mise en place d’un process-flow adapté et la résolution des différents problèmes technologiques.
Une étude sur le dimensionnement de tels modules a été effectuée, relevant, d’une part, la complexité à négocier à la fois performances théoriques et mise en oeuvre technologique, et d’autre part, l’ambiguïté implicite prenant place lorsqu’il est question de performances thermoélectriques de modules.
L’évolution de ces dispositifs nous a conduit, par la suite, au développement d’une deuxième génération de modules 3D, en cours de caractérisation.
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103
CHAPITRE 3
-ETUDE DES COMPORTEMENTS ELECTRIQUE ET THERMIQUE
DES NANOSTRUCTURES
Sommaire
I - Introduction générale ... 104
I.1 - L’augmentation du facteur de puissance... 104