थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर

तापविद्युत् जनरेटर (टीईजी), जिसे सीबेक जनरेटर भी कहा जाता है, यह एक ठोस अवस्था के रूप में होता है, जो परिघटना के माध्यम से विद्युत-प्रवाह के तापमान अंतर को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। जिसे सीबेक प्रभाव कहा जाता है और तापविद्युत जेनरेटर ऊष्मा इंजन की तरह कार्य करता है और यह तापविद्युत् प्रभाव का एक रूप होता है, लेकिन ये कम भारी होते हैं और इनमें गतिमान पुर्जे नहीं होते हैं। चूंकि, टीइजी सामान्यतः अधिक महंगे और कम प्रभावशाली होते हैं।

ईंधन की दक्षता बढ़ाने के लिए ताप विद्युत संयंत्रों और कारखानों में ताप-विद्युत जेनरेटर का उपयोग अतिरिक्त विद्युत शक्ति और ऑटोमोबाइल में ऑटोमोटिव तापविद्युत् जेनरेटर (एटीजी) के रूप में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। रेडियो आइसोटोप के जनरेटर रेडियो आइसोटोप का उपयोग विद्युत पावर की जगह जांच में आवश्यक तापमान अंतर उत्पन्न करने के लिए.सौर पैनलों के साथ ही तापविद्युत् जेनरेटर का भी प्रयोग किया जाता है।

इतिहास
सन् 1821 में, थॉमस जोहान सीबेक ने पता लगाया कि दो भिन्न चालक सामग्री विद्युत चुम्बकीय गुणधर्म के बीच एक तापीय प्रवणता के निर्माण से विद्युत उत्पादन होता है। तापविद्युत् प्रभाव के केंद्र में तथ्य यह है कि एक चालक सामग्री में तापमान प्रवणता के परिणामस्वरूप ऊष्मा प्रवाह होता है और इस प्रकार चार्ज वाहकों के रूप में प्रसार होता है और इस प्रकार गर्म और ठंडे क्षेत्रों के बीच आवेश वाहकों का प्रवाह एक वोल्टेज अंतर पैदा करता है। 1834 में, जीन चार्ल्स अथानेज पेल्टियर ने विपरीत प्रभाव की खोज की, कि दो भिन्न कंडक्टरों के जंक्शन के माध्यम से विद्युत प्रवाह होता है, धारा की दिशा के आधार पर, इसे हीटर या कूलर के रूप में कार्य करने का कारण बना सकता है।

दक्षता
टीईजी की विशिष्ट दक्षता लगभग 5-8% होती है। चूंकि पुराने उपकरण द्विधात्विक जंक्शनों का उपयोग करते थे तथा वे भारी होते थे और इस प्रकार हाल ही में उपयोग किए गए बहुत से दोहरे अर्धचालकों को बिस्मथ टेल्यूराइड (Bi2Te3), लेड टेल्यूराइड (PbTe), कैल्शियम मैंगनीज ऑक्साइड (Ca2Mn3O8), या उसके संयोजन, प्रयोग के तापमान के अनुसार प्रयोग किए जाते हैं। ये ठोस अवस्था के उपकरण होते हैं और डायनामों के विपरीत ऊष्मा हस्तांतरण को अच्छा बनाने के लिए कभी-कभी पंखे या पम्प के स्थान पर भी पम्प नहीं होते हैं। यदि गर्म क्षेत्र लगभग 1273K के रूप में है और 3-4 का ZT मान कार्यान्वित किए जाते हैं, तो दक्षता लगभग 33-37% टीईजी को कुछ ताप इंजन दक्षताओं के साथ प्रतिस्पर्धा करने की अनुमति देता है।

2021 तक, ऐसी सामग्रियां हैं, जो व्यापक रूप से उपलब्ध और सस्ती आर्सेनिक और टिन के रूप में सम्मलित हैं) ZT मान> 3 तक पहुंच रही हैं; मोनोलेयर (ZT = 3.36 आर्मचेयर अक्ष पर n-टाइप डोप किया जाता है और इस प्रकार  (जेडटी = 3.23); पी-टाइप डोप के रूप में किया गया जाता है  (ZT= 3.46); पी-टाइप डोप किया गया  (ZT= 3.5) के रूप में किया जाता है।

निर्माण
तापविद्युत् पावर जेनरेटर में तीन मुख्य घटक तापविद्युत् सामग्री, तापविद्युत् मॉड्यूल और तापविद्युत् प्रणाली के रूप में होते हैं, जो ताप स्रोत के साथ इंटरफेस करते हैं।

तापविद्युत् सामग्री
तापविद्युत् सामग्री तापमान के अंतर को विद्युत वोल्टेज में परिवर्तित करके सीधे ऊष्मा से विद्युत् उत्पन्न करती है और इस प्रकार अच्छी तापविद्युत् सामग्री होने के लिए इन सामग्रियों में उच्च विद्युत चालकता (σ) और निम्न तापीय चालकता (κ) दोनों होनी चाहिए। कम तापीय चालकता होने से यह सुनिश्चित होता है कि जब इस एक तरफ गर्म किया जाता है, तो दूसरी तरफ शीतलन रहता है, जो तापमान प्रवणता में बड़े वोल्टेज उत्पन्न करने में मदद करता है। सीबेक गुणांक (S) द्वारा उस सामग्री में तापमान अंतर के जवाब में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के परिमाण का माप दिया जाता है। जो तापविद्युत् पावर का उत्पादन करने के लिए किसी दिए गए सामग्री की दक्षता का अनुमान केवल विशिष्टता के तापविद्युत् प्रभाव " zT = S2σT/κ. द्वारा लगाया जाता है।

कई वर्षों तक, कम तापीय चालकता और उच्च शक्ति कारक दोनों के लिए जाने जाने वाले मुख्य तीन अर्धचालक बिस्मथ टेल्यूराइड (Bi2Te3) लेड टेल्यूराइड (PbTe) और सिलिकॉन-जर्मेनियम (SiGe) के रूप में होते है। इनमें से कुछ सामग्रियों में दुर्लभ तत्व होते हैं जो उन्हें महंगा बनाते हैं। आज अर्धचालकों की तापीय चालकता को उनके उच्च विद्युत गुणों को प्रभावित किए बिना नैनो प्रोद्योगिकीय का उपयोग करके कम किया जा सकता है। इसे बल्क अर्धचालक सामग्री में कण तार या इंटरफेस जैसे नैनोस्केल फीचर बनाकर प्राप्त किया जा सकता है। चूंकि, नैनो-मटेरियल्स की निर्माण प्रक्रियाएँ अभी भी चुनौतीपूर्ण है।

तापविद्युत् लाभ
तापविद्युत् जनरेटर सभी ठोस-अवस्था वाले उपकरण होते है और जिनमें ईंधन या शीतलन करने के लिए किसी भी तरल पदार्थ की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे वे शून्य-गुरुत्वाकर्षण या तटीय क्षेत्र के अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए गैर-ओरिएंटेशन पर निर्भर हो जाते हैं। ठोस अवस्था की डिज़ाइन गंभीर वातावरण में संचालन की अनुमति देता है। तापविद्युत् जनरेटर के पास कोई गतिमान भाग नहीं होता है, जिससे एक अधिक विश्वसनीय उपकरण का उत्पादन होता है जिसे लंबे समय तक रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है और इस प्रकार स्थायित्व और पर्यावरणीय स्थिरता ने तापविद्युत् को अन्य अनुप्रयोगों के बीच नासा के गहरे अंतरिक्ष खोजकर्ताओं के लिए पसंदीदा बना दिया है। इस तरह के विशेष अनुप्रयोगों के बाहर तापविद्युत् जनरेटर के प्रमुख लाभों में से एक यह है कि वे दक्षता को बढ़ावा देने और अपशिष्ट ऊष्मा से प्रयोग करने योग्य शक्ति का उत्पादन करके पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए संभावित रूप से उपस्थित प्रौद्योगिकियों में एकीकृत किया जा सकता है।

तापविद्युत् मॉड्यूल
तापविद्युत् मॉड्यूल एक परिपथ के रूप में होता है, जिसमें तापविद्युत् सामग्री होती है जो सीधे ऊष्मा से विद्युत् उत्पन्न करती है और इस प्रकार तापविद्युत् मॉड्यूल में दो भिन्न -भिन्न तापविद्युत् प्रभाव के रूप में सम्मलित होती हैं जो उनके सिरों पर n-प्रकार के साथ जुड़ी होती है और ऋणात्मक चार्ज वाहक के साथ पी-प्रकार के धनात्मक चार्ज वाहक के साथ अर्धचालक के रूप में होता है और इस प्रकार तापविद्युत् प्रभाव के सिरों के बीच तापमान अंतर होने पर परिपथ में प्रत्यक्ष विद्युत धारा प्रवाहित होती है। सामान्यतः धारा परिमाण तापमान अंतर के सीधे आनुपातिक होता है

$$\mathbf J = -\sigma S \nabla T$$

जहाँ $$\sigma$$ स्थानीय विद्युत चालकता है और S सीबेक गुणांक है, जिसे थर्मोपॉवर के रूप में भी जाना जाता है और इस प्रकार यह स्थानीय सामग्री का गुण है और $$\nabla T$$ तापमान प्रवणता के रूप में होती है।

अनुप्रयोग में, विद्युत् उत्पादन में तापविद्युत् मॉड्यूल बहुत कठिन यांत्रिक और तापीय परिस्थितियों में काम करते हैं। क्योंकि वे बहुत उच्च तापमान प्रवणता में काम करते हैं, इसलिए ये मॉड्यूल लंबे समय तक बड़े तापीय प्रेरित तनाव और तनाव के अधीन होते हैं। वे बड़ी संख्या में तापीय चक्रों के कारण यांत्रिक सामग्री के अधीन भी हो सकती है।

इस प्रकार, जंक्शनों और सामग्रियों का चयन किया जाता है, जिससे कि वे इन कठिन यांत्रिक और तापीय स्थितियों से बचे रह सकते है। इसके अतिरिक्त मॉड्यूल को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि दो तापविद्युत् सामग्री तापीय रूप से समानांतर हों, लेकिन विद्युत रूप से श्रृंखला में तापविद्युत् मॉड्यूल की दक्षता इसके डिजाइन की ज्यामिति से बहुत प्रभावित होती है।

तापविद्युत् डिजाइन
तापविद्युत् जनरेटर कई ताप पुंज से बने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एन-टाइप और पी-टाइप सामग्री से बने कई ताप संयुग्म के रूप में जुड़े होते हैं। ताप संयुग्म की व्यवस्था सामान्यतः तीन मुख्य डिजाइनों प्लेनर, वर्टिकल और मिश्रित के रूप में होती है। प्लानर डिज़ाइन में ऊष्मा स्रोत और ठंडे सतह के बीच क्षैतिज रूप से एक सब्सट्रेट पर रखे ताप संयुग्म के रूप में सम्मलित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लंबे और पतले ताप संयुग्म के निर्माण की क्षमता होती है, जिससे तापीय प्रतिरोध और तापमान प्रवणता में वृद्धि होती है और अंततः वोल्टेज आउटपुट में वृद्धि होती है। वर्टिकल डिज़ाइन में ताप संयुग्म को गर्म और ठंडी प्लेटों के बीच लंबवत रूप से व्यवस्थित किया गया है, जिससे ताप संयुग्म के साथ-साथ उच्च आउटपुट वोल्टेज का उच्च एकीकरण होता है, जिससे यह डिज़ाइन व्यावसायिक रूप से सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला डिज़ाइन के रूप में बन जाता है। मिश्रित डिजाइन में सब्सट्रेट पर पार्श्व रूप से व्यवस्थित तापसंयुग्म होते हैं जबकि प्लेटों के बीच ऊष्मा का प्रवाह लंबवत होता है। उपकरण के गर्म संपर्कों के अनुसार माइक्रोकैविटी एक तापमान प्रवणता की अनुमति देती है, जो सब्सट्रेट की तापीय चालकता को उपकरण की प्रवणता और दक्षता को प्रभावित करने की अनुमति देती है।

माइक्रोइलेक्ट्रो यांत्रिक प्रणाली के लिए, टीईजी को पतली फिल्मों के रूप में तत्व की ऊष्मा का उपयोग करने के लिए हैं डहेल्ड उपकरणों के पैमाने पर डिजाइन किया जा सकता है। और इस प्रकार वियरएबल योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लचीले टीईजी को 3डी प्रिंटिंग या तापीय स्प्रेइंग प्रक्रियाओं के माध्यम से नावेल पॉलिमर के साथ बनाया जा सकता है। वाहन निकास पाइप से ऊष्मा का उपयोग करने के लिए बेलनाकार टीईजी भी एक सिलेंडर के रूप में व्यवस्थित परिपत्र तापसंयुग्म का उपयोग करके बनाया जा सकता है। टीईजी के लिए कई डिज़ाइन उन विभिन्न उपकरणों के लिए बनाए जा सकते हैं जिन पर वे लागू होते हैं।

तापविद्युत् प्रणाली
तापविद्युत् मॉड्यूल का उपयोग करते हुए, एक तापविद्युत् प्रणाली गर्म निकास फ़्लू जैसे स्रोत से ऊष्मा लेकर विद्युत् उत्पन्न करता है और इस प्रकार संचालित करने के लिए प्रणाली को बृहत तापमान प्रवणता की आवश्यकता होती है, जो वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में सरल नहीं है। ठंडे पक्ष को हवा या पानी से शीतलन किया जाना चाहिए। इस ताप और शीतलन की आपूर्ति के लिए मॉड्यूल के दोनों किनारों पर हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग किया जाता है।

उच्च तापमान पर चलने वाली एक विश्वसनीय टीइजी प्रणाली को डिजाइन करने में कई चुनौतियाँ सामने आती है। प्रणाली में उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए मॉड्यूल के माध्यम से ऊष्मा प्रवाह के बीच संतुलन और उनके बीच तापमान प्रवणता को अधिकतम करने के लिए व्यापक इंजीनियरिंग डिजाइन की आवश्यकता होती है। ऐसा करने के लिए प्रणाली में हीट एक्सचेंजर प्रोद्योगिकीय को डिजाइन करना होता है और इस प्रकार यह टीईजी इंजीनियरिंग के सबसे महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है। इसके अतिरिक्त प्रणाली को कई स्थानों पर सामग्रियों के बीच इंटरफेस के कारण होने वाले तापीय क्षति को कम करने की आवश्यकता होती है। एक और चुनौतीपूर्ण बाधा यह है कि हीटिंग और कूलिंग स्रोतों के बीच दबाव में भारी कमी नहीं आती है।

यदि एसी पावर ट्रांसमिशन की आवश्यकता है जैसे कि एसी मेन पावर से चलने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण के लिए होती है, तो टीई मॉड्यूल से डीसी पावर को एक इन्वर्टर के माध्यम से पारित किया जाना चाहिए, जो दक्षता को कम करता है और प्रणाली की लागत और जटिलता को जोड़ता है।

टीईजी के लिए सामग्री
तिथि करने के लिए केवल कुछ ज्ञात सामग्रियों को तापविद्युत् सामग्री के रूप में पहचाना जाता है। अधिकांश तापविद्युत् सामग्री उसमें गुणवत्ता की पहचान zT, के रूप में होती है और विशिष्टता का आंकड़ा लगभग 1 के रूप में मान होता है, जैसे कि बिस्मथ टेल्यूराइड (Bi2Te3) कमरे के तापमान पर और लेड टेलुराइड (PbTe) 500-700 K के तापमान पर होता है। चूंकि, अन्य विद्युत् उत्पादन प्रणालियों के साथ प्रतिस्पर्धात्मक होने के लिए, टीईजी सामग्री में 2–3 का zT के रूप में परिवर्तन करके होना चाहिए और इस प्रकार तापविद्युत् सामग्री में अधिकांश शोध ने सीबेक गुणांक (S) को बढ़ाने और तापीय चालकता को कम करने पर ध्यान केंद्रित किया है, विशेष रूप से तापविद्युत् सामग्री के नैनोस्ट्रक्चर सामग्री में परिवर्तन करके किया जाता है। क्योंकि तापीय और विद्युत चालकता दोनों आवेश वाहकों के साथ संबंध रखते हैं, इसलिए आवश्यकतानुसार उच्च विद्युत चालकता और निम्न तापीय चालकता के बीच विरोधाभास को दूर करने के लिए नए साधनों को प्रस्तुत किया जाना चाहिए।

तापविद्युत् उत्पादन के लिए सामग्री का चयन करते समय कई अन्य कारकों पर विचार करने की आवश्यकता होती है। संचालन के समय आदर्श रूप में तापविद्युत् जनरेटर की तापमान में अत्यधिक प्रवणता होती है। तापीय विस्तार के बाद उस उपकरण में तनाव उत्पन्न होता है, जो तापविद्युत् लेग्स के फ्रैक्चर या युग्मन सामग्री से भिन्न रूप में होता है। सामग्रियों के यांत्रिक गुणों पर विचार किया जाना चाहिए और एन और पी-टाइप सामग्री के तापीय विस्तार के गुणांक को यथोचित रूप से अच्छी तरह से खंडित में मेल खाना चाहिए। तापविद्युत् जेनरेटर में सामग्री की संगतता को सापेक्ष धारा की असंगतता से बचने के लिए भी माना माना जाता है। जिसे खंड परतों के बीच विद्युत प्रवाह के प्रसार ऊष्मा प्रवाह के अनुपात के रूप में परिभाषित किया किया जाता है।

इसे सामग्री की संगतता कारक के रूप में परिभाषित किया गया है

$$s = \frac{\sqrt{1+zT}-1}{ST} $$.

जब एक सेगमेंट से दूसरे सेगमेंट के अनुकूलता कारक में लगभग दो के कारक से अधिक का अंतर होता है, तो उपकरण कुशलता से काम नहीं करेता है और इस प्रकार s के साथ ही ZT का निर्धारण करने वाले भौतिक पैरामीटर तापमान पर निर्भर होता है, इसलिए संगतता के कारक उपकरण के गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष में परिवर्तित किया जा सकता है, यहां तक ​​कि एक सेगमेंट में भी इस व्यवहार को स्व-संगतता के रूप में संदर्भित किया जाता है और व्यापक तापमान अनुप्रयोग के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरणों में महत्वपूर्ण रूप में होता है।

सामान्यतः तापविद्युत् सामग्रियों को कन्वेंशनल और नई सामग्रियों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

कन्वेंशनल सामग्री
कई टीईजी सामग्री आज व्यावसायिक अनुप्रयोगों के रूप में कार्यरत हैं। इन सामग्रियों को संचालन की तापमान सीमा के आधार पर तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है। चूंकि, ये सामग्रियां अभी भी तापविद्युत् पावर जनरेशन में वाणिज्यिक और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए आधारशिला बनी हुई हैं और इस प्रकार नई सामग्रियों को संश्लेषित करने और अच्छे तापविद्युत् प्रदर्शन के साथ सामग्री संरचनाओं को बनाने में महत्वपूर्ण प्रगति के रूप में होती है। वर्तमान के अनुसंधान ने सामग्री के zT आकलित-गुणवत्ता में सुधार लाने पर ध्यान केंद्रित किया है और इसलिए रूपांतरण की दक्षता, जाली तापीय चालकता कम करती है।
 * 1) कम तापमान वाली सामग्री (लगभग 450 K तक) एंटीमनी (Sb), टेल्यूरियम (Te) या सेलेनियम (Se) के संयोजन में बिस्मथ (Bi) पर आधारित मिश्र धातु के रूप में होती है।
 * 2) मध्यवर्ती तापमान (850 K तक) जैसे सीसा (Pb) की मिश्र धातुओं पर आधारित सामग्री के रूप में होती है
 * 3) उच्चतम तापमान सामग्री (1300 K तक) सिलिकॉन-जर्मेनियम (SiGe) मिश्र धातुओं से निर्मित सामग्री के रूप में होती है।

नई सामग्री
शोधकर्ताओं ने पावर उत्पादन के लिए zT की योग्यता में सुधार करके विद्युत् उत्पादन के लिए नई तापविद्युत् सामग्री को विकसित करने की कोशिश की है, जिससे पावर पावर की गुणवत्ता को अच्छा बनाया जा सके। इन सामग्रियों का एक उदाहरण अर्धचालक यौगिक ß-Zn4Sb3 के रूप में है, जिसमें असाधारण रूप से कम तापीय चालकता होती है और 670K के तापमान पर 1.3 का अधिकतम zT को प्रदर्शित करता है। यह सामग्री निर्वात में इस तापमान तक अपेक्षाकृत सामर्थ्य और स्थिर रूप में होती है और यह Bi2Te3 और PbTe पर आधारित सामग्री के बीच तापमान सीमा में एक अच्छा विकल्प के रूप में होता है। तापविद्युत् सामग्रियों में सबसे महत्वपूर्ण विकास में एकल क्रिस्टल टिन सेलेनाइड का विकास होता है जिसने एक दिशा में 2.6 का रिकॉर्ड zT का उत्पादन किया है। रुचि की अन्य नई सामग्रियों में स्कटरडाइट्स, टेट्राहेड्राइट्स और रैटलिंग आयन क्रिस्टल के रूप में सम्मलित होते हैं।

गुणवत्ता के आंकड़ों में सुधार के अतिरिक्त विद्युत् उत्पादन में वृद्धि लागत में कमी और पर्यावरण के अनुकूल सामग्री विकसित करके नई सामग्री विकसित करने पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। उदाहरण के लिए जब ईंधन की लागत कम या लगभग मुफ्त होती है, जैसे अपशिष्ट ऊष्मा में सुधार तब प्रति वाट लागत केवल प्रति इकाई क्षेत्र में विद्युत और प्रचालन अवधि द्वारा निर्धारित की जाती है और इसके परिणामस्वरूप इसने रूपांतरण दक्षता के अतिरिक्त उच्च शक्ति उत्पादन वाली सामग्रियों की खोज प्रारंभ  की है। उदाहरण के लिए दुर्लभ मृदा यौगिकों में YbAl3 का आकार प्रकार कम है, लेकिन इसमें किसी भी अन्य सामग्री की तुलना में कम से कम दोगुना विद्युत् उत्पादन होता है और यह अपशिष्ट ऊष्मा स्रोत के तापमान सीमा पर काम कर सकता है।

नावेल प्रसंस्करण
मेरिट (zT) का आंकड़ा बढ़ाने के लिए सामग्री की तापीय चालकता को कम किया जाता है, जबकि इसकी विद्युत चालकता और सीबेक गुणांक को अधिकतम किया जाना जाता है और इस प्रकार ज्यादातर स्थितियों में गुणधर्म के परिणाम को बढ़ाने या घटाने की विधियाँ अन्य गुणों पर उनकी अन्योन्याश्रितता के कारण समान प्रभाव डालती है। नावेल प्रसंस्करण प्रोद्योगिकीय विभिन्न फोनन आवृत्तियों के प्रकीर्णन का प्रयोग करती है जिससे कि एक ही समय में इलेक्ट्रानों के अपघटित प्रकीर्णन से विद्युत चालकता पर विशिष्ट ऋणात्मक प्रभाव के बिना जालीदार तापीय चालकता को श्रेष्ठ रूप से कम करने के लिए किया जा सके। बिस्मथ एंटीमनी टेल्यूरियम टर्नरी प्रणाली में तरल-चरण सिन्टरिंग का उपयोग कम-ऊर्जा अर्धसूत्रीय ग्रेन की सीमाओं का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जिसके इलेक्ट्रानों पर महत्वपूर्ण प्रकीर्णन प्रभाव नहीं होता है। और इस प्रकार यह सिन्टरिंग प्रक्रिया के तरल पर दबाव डालती है, जिससे अत्यधिक तरल का बहाव बना रहता है और अव्यवस्थाओं के गठन की सुविधा प्रदान करता है जो जाली चालकता को बहुत कम करता है। 1.86 के कथित zT मान में जाली चालकता के परिणामों को श्रेष्ठ  रूप से कम करने की क्षमता, जो कि वर्तमान व्यावसायिक तापविद्युत् जनरेटर zT ~ 0.3-0.6 के ऊपर महत्वपूर्ण सुधार के रूप में होता है। ये सुधार इस तथ्य को स्पष्ट करते हैं कि तापविद्युत् अनुप्रयोगों के लिए नावेल सामग्री के विकास के साथ-साथ माइक्रोस्ट्रक्चर को डिजाइन करने के लिए विभिन्न प्रसंस्करण प्रोद्योगिकीय का प्रयोग एक व्यवहार्य और सार्थक प्रयास के रूप में है। वास्तव में, यह संरचना और सूक्ष्म संरचना दोनों को अनुकूलित करने के लिए समझ में आता है।

उपयोग करता है
तापविद्युत् जनरेटर (टीईजी) में कई तरह के अनुप्रयोग के रूप में होते है। अधिकांशतः ऐसे तापविद्युत् जनरेटर का उपयोग कम विद्युत् वाले पावर रिमोट अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है या जहां बल्कियर होता है, लेकिन स्टर्लिंग इंजन जैसे अधिक कुशल हीट इंजन का उपयोग करना संभव नहीं होता है। ऊष्मा इंजनों के विपरीत ठोस-अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) विद्युत घटकों का उपयोग सामान्यतः तापीय से विद्युत ऊर्जा रूपांतरण करने के लिए किया जाता है, जिसमें कोई गतिमान पुर्जे नहीं होते हैं। तापीय से विद्युत ऊर्जा रूपांतरण उन घटकों का उपयोग करके किया जा सकता है जिन्हें रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है और जिनमें स्वाभाविक रूप से उच्च विश्वसनीयता होती है और जिनका उपयोग लंबे समय तक सेवा-मुक्त जीवनचक्र वाले जनरेटर का निर्माण करने के लिए किया जाता है। यह तापविद्युत् जनरेटर को सुदूर निर्जन या दुर्गम स्थानों जैसे पर्वतों, अंतरिक्ष के निर्वात या गहरे समुद्र में कम विद्युत् की जरूरत वाले उपकरणों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल बनाता है।

तापविद्युत् जनरेटर के मुख्य उपयोग के रूप में हैं


 * क्यूरियोसिटी रोवर सहित अंतरिक्ष जांच एक रेडियोआइसोटोप तापविद्युत् जनरेटर का उपयोग करके विद्युत् उत्पन्न करती है जिसका ताप स्रोत रेडियोधर्मी तत्व के रूप में होता है।
 * अपशिष्ट ऊष्मा पुनः प्राप्ति: प्रत्येक मानव गतिविधि परिवहन और औद्योगिक प्रक्रिया निष्क्रिय ऊष्मा उत्पन्न करती है, जिससे कारों, विमानों, जहाजों, उद्योगों और मानव शरीर से अवशिष्ट ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाता है। कारों से निकलने वाली ऊर्जा का मुख्य स्रोत निकास गैस है। तापविद्युत् जनरेटर का उपयोग करके उस ऊष्मा ऊर्जा का संचयन कार की ईंधन दक्षता बढ़ा सकता है। कारों में अल्टरनेटर को बदलने के लिए तापविद्युत् जनरेटर की जांच की जाती है, जिससे ईंधन की खपत में 3.45% की कमी का पता चलता है, जो सालाना अरबों डॉलर की बचत का प्रतिनिधित्व करता है। हाइब्रिड वाहनों के माइलेज में भविष्य में सुधार के लिए अनुमान 10% तक की वृद्धि होती है। यह कहा गया है कि डीजल इंजनों के अतिरिक्त गैसोलीन इंजनों के लिए संभावित ऊर्जा बचत अधिक हो सकती है। और इस प्रकार अधिक जानकारी के लिए लेख ऑटोमोटिव तापविद्युत् जनरेटर में दिखाया गया है। विमान के लिए इंजन नोजल को ऊर्जा की पुनः प्राप्ति के लिए सबसे अच्छी जगह के रूप में पहचाना गया है, लेकिन इंजन बियरिंग से ऊष्मा और विमान की चादर में उपस्थित तापमान प्रवणता के रूप में प्रस्तावित की गई है।
 * सौर सेल विकिरण के केवल उच्च-आवृत्ति वाले भाग का उपयोग करते हैं, जबकि कम-आवृत्ति वाली ऊष्मा ऊर्जा बर्बाद होती है। सौर सेल के साथ समानांतर या कैस्केड कॉन्फ़िगरेशन में तापविद्युत् उपकरणों के उपयोग के बारे में कई पेटेंट प्रस्तुत किए गए हैं। सौर विकिरण को उपयोगी विद्युत् में परिवर्तित करने के लिए संयुक्त सौर/ तापविद्युत् प्रणाली की दक्षता को बढ़ाने का विचार है।
 * तापविद्युत् जनरेटर मुख्य रूप से मानव रहित साइटों के लिए रिमोट और ऑफ-ग्रिड पावर जनरेटर के रूप में उपयोग किए जाते हैं। वे ऐसी स्थितियों में सबसे विश्वसनीय विद्युत् जनरेटर के रूप में होते है क्योंकि उनके पास चलने वाले भाग नहीं होते हैं इस प्रकार वस्तुतः रखरखाव-मुक्त रूप में दिन और रात काम करते हैं, सभी मौसम की परिस्थितियों के अनुसार प्रदर्शन करते हैं और बैटरी बैकअप के बिना काम कर सकते हैं। चूंकि सौर प्रकाश वोल्टीय प्रणालियां दूरस्थ स्थलों में भी लागू की जाती हैं, जहां सौर विकिरण कम होता है यानी बर्फ या बिना धूप वाले उच्च अक्षांश वाले क्षेत्र, बहुत अधिक बादल वाले क्षेत्र या पेड़ वाले क्षेत्र, धूल भरे रेगिस्तान, जंगल, सौर पीवी आदि एक उपयुक्त समाधान के रूप में नहीं होता है। तापविद्युत् जनरेटर सामान्यतः गैस पाइपलाइनों पर उपयोग किए जाते हैं, उदाहरण के लिए कैथोडिक सुरक्षा रेडियो संचार और टेलीमेट्री के लिए 5 किलोवाट तक विद्युत् की क्षय के लिए गैस पाइपलाइनों पर तापीय जनरेटर अन्य विद्युत् स्रोतों के लिए अच्छे होते हैं। गैस पाइपलाइनों के लिए जनरेटर के निर्माता ग्लोबल पावर टेक्नोलॉजीज पूर्व में ग्लोबल ताप विद्युत कैलगरी, कनाडा और टेलजेन (रूस) विश्व बिजली प्रौद्योगिकी के निर्माता हैं।।
 * माइक्रोप्रोसेसर अपशिष्ट ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। शोधकर्ताओं ने विचार किया है कि क्या उस ऊर्जा में से कुछ को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है। चूंकि उत्पन्न होने वाली समस्याओं के लिए व्यावहारिक सीमाओं को देखते है।
 * तापविद्युत् जनरेटर की भी स्टैंडअलोन सौर-तापीय सेल के रूप में जांच की गई है। तापविद्युत् जेनरेटर का एकीकरण सीधे 4.6% की दक्षता के साथ सौर तापीय सेल में एकीकृत किया गया है।
 * बाल्टीमोर, मैरीलैंड में मैरीटाइम एप्लाइड फिजिक्स कॉरपोरेशन एक तापविद्युत् जनरेटर विकसित करता है, जो ठंडे समुद्री जल और हाइड्रोतापीय वेंट, हॉट सीप्स, या ड्रिल किए गए भू-तापीय कुओं से निकलने वाले गर्म तरल पदार्थों के बीच तापमान के अंतर का उपयोग करता है और गहरे समुद्र के अपतटीय समुद्र तल पर विद्युत शक्ति का उत्पादन करता है। समुद्र तल खनिज और ऊर्जा संसाधन विकासकर्ताओं और सेना द्वारा भूवैज्ञानिक पर्यावरण और समुद्र विज्ञान में उपयोग किए जाने वाले समुद्री वेधशालाओं और सेंसरों के लिए समुद्री तल की विद्युत शक्ति के एक उच्च-विश्वसनीयता स्रोत की आवश्यकता होती है। वर्तमान के अध्ययनों में पाया गया है कि बड़े पैमाने के ऊर्जा संयंत्रों के लिए गहरे समुद्र में तापविद्युत् जनरेटर भी आर्थिक रूप से व्यवहार्य रूप में होते है।
 * ब्रिटिश कोलंबिया से एन मैकोसेनास्की (कनाडा) में कई और युक्तियां विकसित की हैं जो पेल्टीयर टाईल्स से मानव के हाथ से गर्मी काटने के लिए और माथे पर गर्म पेय का दावा करती हैं, ) जो एक एलईडी लाइट या मोबाइल उपकरण को चार्ज करने के लिए पर्याप्त विद्युत् उत्पादन किया जा सकता है, चूंकि आविष्कारक स्वीकार करते हैं कि एलईडी लाइट की चमक बाजार में आने वाले लोगों के साथ प्रतिस्पर्धा में नहीं है।
 * तापविद्युत् जनरेटर का उपयोग स्टोव पंखे में किया जाता है। इन्हें लकड़ी या कोयले से जलने वाले चूल्हे के ऊपर रखा जाता है। टीईजी को 2 हीट सिंक के बीच सैंडविच किया जाता है और तापमान में अंतर धीमी गति से चलने वाले पंखे को शक्ति प्रदान करता है, जो स्टोव की ऊष्मा को कमरे में प्रसारित करने में मदद करता है।

व्यावहारिक सीमाएँ
कम दक्षता और अपेक्षाकृत उच्च लागत के अतिरिक्त अपेक्षाकृत अधिक विद्युत उत्पादन प्रतिरोध के परिणामस्वरूप कुछ प्रकार के अनुप्रयोगों में तापविद्युत् उपकरणों का उपयोग करने में व्यावहारिक समस्याएं के रूप में उपस्थित होती है, जो स्व-ताप और अपेक्षाकृत कम तापीय चालकता को बढ़ाता है, जो उन्हें उन अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त बनाता है जहां ऊष्मा को निकालना महत्वपूर्ण होता है, जैसा कि माइक्रोप्रोसेसर जैसे विद्युत उपकरण से ऊष्मा हटाने के लिए होता है।
 * उच्च जनरेटर आउटपुट प्रतिरोध: डिजिटल विद्युत उपकरणों के लिए अपेक्षित सीमा में वोल्टेज आउटपुट स्तर प्राप्त करने के लिए एक सामान्य विधि के रूप में होती है, जनरेटर मॉड्यूल के भीतर कई तापविद्युत् तत्वों को श्रृंखला में रखना तत्व के वोल्टेज में वृद्धि होती है यह एक सामान्य दृष्टिकोण है। लेकिन उनके आउटपुट प्रतिरोध में वृद्धि होती है और इस प्रकार अधिकतम विद्युत ट्रांसफर प्रमेय यह निर्दिष्ट करता है कि स्रोत और लोड प्रतिरोधों का समान रूप से मिलान होने पर लोड को अधिकतम शक्ति प्रदान की जाती है। शून्य ओम के निकट कम प्रतिबाधा भार के लिए जैसे ही जनरेटर प्रतिरोध को बढ़ता है लोड को दी जाने वाली शक्ति कम हो जाती है। आउटपुट प्रतिरोध को कम करने के लिए कुछ वाणिज्यिक उपकरण अधिक व्यक्तिगत तत्वों को समानांतर में और कम श्रृंखला में रखते हैं और लोड के लिए आवश्यक वोल्टेज तक वोल्टेज बढ़ाने के लिए एक बूस्टर रेग्यूलेटर को प्रयोग करते हैं।
 * कम तापीय चालकता: क्योंकि एक डिजिटल माइक्रोप्रोसेसर जैसे ऊष्मा स्रोत से तापीय ऊर्जा को दूर ले जाने के लिए बहुत उच्च तापीय चालकता की आवश्यकता होती है, तापविद्युत् जनरेटर की कम तापीय चालकता उन्हें ऊष्मा को पुनर्प्राप्त करने के लिए अनुपयुक्त बनाती है।
 * हवा के साथ कोल्ड-साइड हीट रिमूवल: एयर कूल्ड तापविद्युत् अनुप्रयोगों में, जैसे कि मोटर वाहन के क्रैंककेस से तापीय ऊर्जा की दोहन करते समय तापीय ऊर्जा की बड़ी मात्रा जिसे परिवेशी वायु में नष्ट किया जाता है, यह एक महत्वपूर्ण चुनौती प्रस्तुत करती है। जैसे ही तापविद्युत् जनरेटर का कूल साइड तापमान बढ़ता है और इस प्रकार उपकरण का अंतरीय वर्किंग तापमान कम हो जाता है। जैसे ही तापमान बढ़ता है उपकरण का विद्युत प्रतिरोध में वृद्धि होती जाती है जिससे अधिक पैरासाइट जनरेटर स्वयं-हीटिंग हो जाता है। मोटर वाहन अनुप्रयोगों में एक पूरक रेडिएटर का उपयोग कभी-कभी गर्मी को हटाने के लिए किया जाता है, चूंकि शीतलक को प्रसारित करने के लिए विद्युत् के पानी के पंप का उपयोग से कुल जनरेटर उत्पादन शक्ति में पैरासाइट की क्षति हो जाती है। तापविद्युत् जनरेटर के ठंडे भाग को शीतलन करने वाला पानी इनबोर्ड बोट मोटर के गर्म क्रैंककेस से तापविद्युत् पावर उत्पन्न करते समय, इस क्षति से पीड़ित नहीं होता है। हवा के विपरीत प्रभावी ढंग से उपयोग करने के लिए पानी कहीं अधिक आसान शीतलक के रूप में होता है।

फ्यूचर मार्केट
जबकि टीईजी प्रोद्योगिकीय का उपयोग सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में दशकों से किया जा रहा है, नई टीइ सामग्री और प्रणाली को कम या उच्च तापमान अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करके विद्युत् उत्पन्न करने के लिए विकसित किया जाता है और यह निकट भविष्य में एक महत्वपूर्ण अवसर प्रदान कर सकता है। ये प्रणालियाँ किसी भी आकार में मापनीय रूप में हो सकती हैं और इनके संचालन और रखरखाव की लागत कम होती है।

तापविद्युत् जनरेटर के लिए वैश्विक बाजार 2015 में 320 मिलियन अमेरिकी डॉलर और 2021 में 472 मिलियन अमेरिकी डॉलर होने का अनुमान है और इस प्रकार 11.8% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर के साथ 2030 तक 1.44 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक होने का अनुमान है। आज, उत्तरी अमेरिका 66% बाजार हिस्सेदारी पर कब्जा कर लिया है और निकट भविष्य में यह सबसे बड़ा बाजार बना जाता है। चूंकि, एशिया प्रशांत और यूरोपीय देशों को अपेक्षाकृत उच्च दर से बढ़ने का अनुमान है। एक अध्ययन में पाया गया कि एशिया प्रशांत बाजार 2015 से 2020 की अवधि में 18.3% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर (सीएजीआर) से विकसित होता है क्योंकि मोटर वाहन उद्योगों द्वारा ताप विद्युत उत्पादकों की उच्च मांग और साथ ही इस क्षेत्र में बढ़ते हुए औद्योगिकीकरण की वजह से औद्योगिक उत्पादन में वृद्धि होती है।

छोटे स्तर के ताप विद्युत जेनरेटर चार्जिंग को घटाने या बदलने तथा चार्ज अवधि को बढ़ाने के लिए वियरेबल प्रौद्योगिकियों में जाँच के प्रारंभिक चरण के रूप में होते है। वर्तमान में किए गए अध्ययनों में नाइलोन सब्सट्रेट पर लचीला अकार्बनिक तापविद्युत् सिल्वर सेलेनाइड के नवीन विकास पर ध्यान केंद्रित किया गया है। तापविद्युत् स्व-संचालित उपकरण बनाने वाले मानव शरीर से सीधे ऊर्जा हार्वेस्टिंग योग्य वस्तुओं के साथ विशेष सहक्रिया के रूप में प्रतिनिधित्व करता है। एक परियोजना ने नायलॉन झिल्ली पर एन-टाइप सिल्वर सेलेनाइड का उपयोग किया जाता है। सिल्वर सेलेनाइड उच्च विद्युत चालकता और कम तापीय चालकता के साथ संकीर्ण बैंडगैप अर्धचालक के रूप में है, जिसमें उच्च विद्युत चालकता और कम तापीय चालकता है, जिससे यह तापविद्युत् अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।।

लो पावर टीईजी या सब-वाट यानी 1 वाट पीक तक का उत्पादन बाजार टीईजी का एक बढ़ता हुआ भाग है, जो नवीनतम प्रोद्योगिकीय पर पूंजीकरण के रूप में है। मुख्य अनुप्रयोग सेंसर कम शक्ति वाले अनुप्रयोग और अधिक विश्व स्तर पर इंटरनेट ऑफ़ थिंग्स अनुप्रयोग के रूप में हैं। एक विशेष बाजार अनुसंधान कंपनी ने संकेत दिया कि 2014 में 100,000 इकाइयां भेज दी गई हैं और 2020 तक प्रति वर्ष 9 मिलियन यूनिट की आशा है।

यह भी देखें

 * बिस्मथ टेलुराइड
 * विद्युत जनरेटर
 * ऊर्जा संचयन उपकरण तापविद्युत्
 * जेंटर्म शामिल
 * मारिया टेलकेस
 * स्टर्लिंग इंजन
 * ताप विद्युत केंद्र
 * तापविद्युत् बैटरी
 * तापायनिक कनवर्टर
 * ताप विद्युत कूलिंग या पेल्टियर कूलर
 * ताप विद्युत प्रभाव
 * ताप विद्युत सामग्री

बाहरी कड़ियाँ

 * Small Thermoelectric Generators by G. Jeffrey Snyder
 * Kanellos, M. (2008, November 24). Tapping America’s Secret Power Source. Retrieved from Greentech Media, October 30, 2009. Web site: Tapping America's Secret Power Source
 * LT Journal October 2010: Ultralow Voltage Energy Harvester Uses Thermoelectric Generator for Battery-Free Wireless Sensors
 * DIY: How to Build a Thermoelectric Energy Generator With a Cheap Peltier Unit 
 * Gentherm Inc.
 * This device harnesses the cold night sky to generate electricity in the dark
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