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Entwicklung von zertifizierten Referenzproben für den thermoelektrischen Leistungsfaktor

  • Sebastian Haupt

    Sebastian Haupt studierte bis 2008 Physik am Karlsruher Institut für Technologie und promovierte in Elektrotechnik an der Universität Duisburg-Essen in Kooperation mit der OSRAM Opto Semiconductors GmbH auf dem Gebiet der infrarot Scheibenlaser. Seit 2012 arbeitet er bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt in der Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ mit den Forschungsschwerpunkten: Absolute Seebeck-Koeffizienten zur Entwicklung von thermoelektrischen Referenzmaterialien und Entwicklung von Thermoelementen für Hochtemperaturanwendungen.

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    , Kai Huang

    Kai Huang studierte von 2000–2004 am Wuhan Institute of Technology und von 2004–2007 an der Guangdong University of Technology (P.R. China), wo sie 2007 den Master of Engineering erlangte. Danach arbeitete sie als Metrology Engineer auf dem Gebiet der Temperaturmessung und -Messtechnik im South China National Centre of Metrology (SCM), Guangzhou. Seit 2018 ist sie als Doktorand in der Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ im Fachbereich Temperatur der PTB tätig.

    , Frank Edler

    Frank Edler absolvierte an der Humboldt Universität Berlin, Sektion Physik, ein Studium mit Abschluss als Diplom-Kristallograph. Ab 1986 war er in Berlin als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Amt für Standardisierung, Messwesen und Warenprüfung auf dem Gebiet der Temperaturmesstechnik tätig, seit 1990 im gleichen Arbeitsgebiet mit den Schwerpunkten Thermoelementhermometrie und Rauschthermometrie in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Er promovierte 1999 Im Fachbereich Physik der Universität Hannover mit dem Thema „Rauschthermometrische Bestimmung der thermodynamischen Temperatur des Palladiumschmelzpunktes mit Hilfe miniaturisierter Fixpunktzellen. Seit 2007 leitet er die Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ im Fachbereich Temperatur der PTB.

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    and Pawel Ziolkowski

    Pawel Ziolkowski studierte von 1997–2006 Elektrotechnik und Informationstechnik an der RWTH Aachen mit Abschluss als Diplom-Ingenieur. Seit 2006 arbeitet er beim Institut für Werkstoff-Forschung des Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. wo er seit 2011 Stellvertretender Leiter der Abteilung „Thermoelektrische Werkstoffe und Systeme“ ist. Seit 2016 leitet er den VDI – Richtlinienausschuss Thermogeneratorcharakterisierung (GME RA 2018).

Published/Copyright: June 5, 2021

Zusammenfassung

Thermoelektrische Generatoren (TEGs) ermöglichen es, ungenutzte Wärme mithilfe des Seebeck-Effektes in elektrische Energie zu überführen. Die Entwicklung von effizienten thermoelektrischen Materialien und TEGs wird durch den Mangel an geeigneten Referenzmaterialien und einer rückführbaren Messtechnik erschwert. An der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) wird seit einigen Jahren an der Entwicklung von thermoelektrischen Referenzmaterialien und der zugehörigen Messtechnik geforscht [1]. Im Rahmen des Projektes „TEST-HT“ (Thermoelektrische Standardisation für hohe Temperaturen), wird das weltweit erste halbleitende Referenzmaterial für den Leistungsfaktor im Bereich von 300 K bis 1000 K entwickelt. Als Material wurde Kobalt dotiertes β-Eisendisilizid (β-Fe0.95Co0.05Si2) (FeSi2) ausgewählt, welches von unserem Projektpartner, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), hergestellt wird [2]. In diesem Artikel beschreiben wir den aktuellen Stand der Zertifizierung des FeSi2.

Abstract

Thermoelectric generators (TEGs) convert unused heat into electrical energy with the help of the Seebeck effect. The development of efficient thermoelectric materials and TEGs suffer from the lack of suitable reference materials and traceable measurement technology. Therefore, the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) has been developing thermoelectric reference materials and the associated measurement technology for several years [1]. The current „TEST-HT“ project (Thermoelektrische Standardisation für hohe Temperaturen) has the objective to develop the first semiconducting reference material for the power factor in the range from 300 K to 1000 K. The material selected was cobalt-doped β-iron disilicide (β-Fe0.95Co0.05Si2) (FeSi2), which is manufactured by our project partner, the German Aerospace Center (DLR) [2]. In this article, we describe the status of the certification of FeSi2.

Award Identifier / Grant number: 03VP04402

Award Identifier / Grant number: 03VP04401

Funding statement: Die Arbeiten wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter den Förderkennzeichen 03VP04402 (PTB) und 03VP04401 (DLR) finanziert.

Über die Autoren

Sebastian Haupt

Sebastian Haupt studierte bis 2008 Physik am Karlsruher Institut für Technologie und promovierte in Elektrotechnik an der Universität Duisburg-Essen in Kooperation mit der OSRAM Opto Semiconductors GmbH auf dem Gebiet der infrarot Scheibenlaser. Seit 2012 arbeitet er bei der Physikalisch-Technische Bundesanstalt in der Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ mit den Forschungsschwerpunkten: Absolute Seebeck-Koeffizienten zur Entwicklung von thermoelektrischen Referenzmaterialien und Entwicklung von Thermoelementen für Hochtemperaturanwendungen.

Kai Huang

Kai Huang studierte von 2000–2004 am Wuhan Institute of Technology und von 2004–2007 an der Guangdong University of Technology (P.R. China), wo sie 2007 den Master of Engineering erlangte. Danach arbeitete sie als Metrology Engineer auf dem Gebiet der Temperaturmessung und -Messtechnik im South China National Centre of Metrology (SCM), Guangzhou. Seit 2018 ist sie als Doktorand in der Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ im Fachbereich Temperatur der PTB tätig.

Frank Edler

Frank Edler absolvierte an der Humboldt Universität Berlin, Sektion Physik, ein Studium mit Abschluss als Diplom-Kristallograph. Ab 1986 war er in Berlin als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Amt für Standardisierung, Messwesen und Warenprüfung auf dem Gebiet der Temperaturmesstechnik tätig, seit 1990 im gleichen Arbeitsgebiet mit den Schwerpunkten Thermoelementhermometrie und Rauschthermometrie in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). Er promovierte 1999 Im Fachbereich Physik der Universität Hannover mit dem Thema „Rauschthermometrische Bestimmung der thermodynamischen Temperatur des Palladiumschmelzpunktes mit Hilfe miniaturisierter Fixpunktzellen. Seit 2007 leitet er die Arbeitsgruppe „Thermoelektrik“ im Fachbereich Temperatur der PTB.

Pawel Ziolkowski

Pawel Ziolkowski studierte von 1997–2006 Elektrotechnik und Informationstechnik an der RWTH Aachen mit Abschluss als Diplom-Ingenieur. Seit 2006 arbeitet er beim Institut für Werkstoff-Forschung des Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. wo er seit 2011 Stellvertretender Leiter der Abteilung „Thermoelektrische Werkstoffe und Systeme“ ist. Seit 2016 leitet er den VDI – Richtlinienausschuss Thermogeneratorcharakterisierung (GME RA 2018).

Danksagung

Diese Arbeiten wurden im Rahmen des TESt-HT-Projekts (Thermoelektrische Standardisierung für hohe Temperaturen) durchgeführt, einer Zusammenarbeit zwischen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Literatur

1. F. Edler, E. Lenz and S. Haupt, „Reference Material for Seebeck Coefficients,” Int J Thermophys, pp. 482–492, 2015.10.1007/s10765-014-1761-7Search in Google Scholar

2. P. Ziolkowski, C. Stiewe, J. de Boor, I. Druschke, K. Zabrocki, F. Edler, S. Haupt, J. König und E. Mueller, „Iron Disilicide as High-Temperature Reference Material for Traceable Measurements of Seebeck Coefficient Between 300 K and 800 K,“ Journal of Electronic Materials, p. 51–63, 2017.10.1007/s11664-016-4850-5Search in Google Scholar

3. N. D. Lowhorn, W. Wong-Ng, Z. Q. Lu, E. Thomas, M. Otani, M. Green, N. Dilley, J. Sharp and T. N. Tran, „Development of a Seebeck coefficient Standard Reference,“ Applied Physics A, Bd. 96, pp. 511–514, 2009.10.1007/s00339-009-5191-5Search in Google Scholar

4. E. Alleno et al., „Invited Article: A round robin test of the uncertainty on the measurement of the thermoelectric dimensionless figure of merit of Co0.97Ni0.03Sb3,“ Review of Scientific Instruments, 2015.10.1063/1.4905250Search in Google Scholar PubMed

5. A. T. Burkov, A. Heinrich, P. P. Konstantinov, T. Nakama and K. Yagasaki, „Experimental set-up for thermopower and resistivity measurements at 100-1300 K,“ Meas. Sci. Technol., p. 264, 2001.10.1088/0957-0233/12/3/304Search in Google Scholar

6. O. Boffoué, A. Jacquot, A. Dauscher and B. Leno, „Experimental setup for the measurement of the electrical resistivity and thermopower of thin films and bulk materials,“ Review of Scientific Instruments, 2005.10.1063/1.1912820Search in Google Scholar

7. R. B. Roberts, „The absolute scale of thermoelectricity II,“ Phil. Mag. B, pp. 1125–1135, 1981.10.1080/01418638108222579Search in Google Scholar

8. T. C. 65B, „IEC 60584-1 Thermocouples – Part 1: EMF specifications and tolerances, ed. 3.0,“ 2013.Search in Google Scholar

9. S. Haupt, F. Edler, M. Bartel and H.-F. Pernau, „Van der Pauw device used to investigate the thermoelectric power factor,“ Review of Scientific Instruments, 2020.10.1063/5.0019005Search in Google Scholar PubMed

10. L. van der Pauw, „A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape,“ Philips Research Reports, pp. 1–9, 1958.10.1142/9789814503464_0017Search in Google Scholar

11. K. Ilse, T. Tänzer, C. Hagendorf and M. Turek, „Geometrical correction factors for finite-size probe tips in microscopic four-point-probe resistivity measurements,“ J. Appl. Phys., 2014.10.1063/1.4903964Search in Google Scholar

Erhalten: 2021-03-15
Angenommen: 2021-05-18
Online erschienen: 2021-06-05
Erschienen im Druck: 2021-10-31

© 2021 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 21.9.2025 from https://www.degruyterbrill.com/document/doi/10.1515/teme-2021-0041/html?lang=en
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