ディスペンサー印刷されたビスマステルル化物系熱電ペーストの焼結プロセスとしてのレーザー処理

Laser Treatment as Sintering Process for Dispenser Printed Bismuth Telluride Based Paste.

• Moritz Greifzu
• Roman Tkachov
• Lukas Stepien
• Elena López
• Frank Brückner
• Christoph Leyens

抄録

ディスペンサー印刷されたp,n型ビスマス・テルル化ビスマス系熱電ペースト材料の熱後処理法としてのレーザー焼結について検討した。高出力ファイバーレーザー(600W, 1064nm)を走査装置と組み合わせて使用し、高速加工を実現した。最も関連性の高い加工パラメータを特定するために実験計画法（DoE）アプローチを用いた。印刷層を異なる加工パラメータでレーザー処理し、達成されたシート抵抗、導電率、ゼーベック係数を管状炉処理された参照試料と比較した。p型材料については、管状炉処理では15S/cmであった導電率が22S/cmに達した。ｎ型材料では、レーザー加工により達成された導電率は、管状炉加工の88S/cmに比べて7S/cmと大幅に低くなった。また、レーザー加工時のゼーベック係数は、オーブン加工時（251μV/K、-142μV/K）に比べて、p型、n型材料では40-70μV/K、-110μV/Kと低下している。DoEは、最適な加工パラメータのセットをまだ提供していないが、レーザ焼結プロセスを最適化するための単一のパラメータとしての面積比レーザエネルギー密度の適用可能性についての疑念を支持する。

Laser sintering as a thermal post treatment method for dispenser printed p- and n-type bismuth telluride based thermoelectric paste materials was investigated. A high-power fiber laser (600 W, 1064 nm) was used in combination with a scanning system to achieve high processing speed. A Design of Experiment (DoE) approach was used to identify the most relevant processing parameters. Printed layers were laser treated with different process parameters and the achieved sheet resistance, electrical conductivity, and Seebeck coefficient are compared to tube furnace processed reference specimen. For p-type material, electrical conductivity of 22 S/cm was achieved, compared to 15 S/cm in tube furnace process. For n-type material, conductivity achieved by laser process was much lower (7 S/cm) compared to 88 S/cm in furnace process. Also, Seebeck coefficient decreases during laser processing (40-70 µV/K and -110 µV/K) compared to the oven process (251 µV/K and -142 µV/K) for p- and n-type material. DoE did not yet deliver a set of optimum processing parameters, but supports doubts about the applicability of area specific laser energy density as a single parameter to optimize laser sintering process.