A crise energética e as mudanças climáticas globais são uma realidade que devem ser enfrentadas com urgência. A conscientização por meio de acordos internacionais é uma forma muito poderosa de educar a sociedade, mas nada mudará se novas tecnologias renováveis e eficientes surgirem para substituir o domínio dos combustíveis fósseis. Sabendo que 60% da energia produzida é perdida na forma de calor na maioria dos processos industriais/domésticos, recuperar parte desta energia perdida é uma forma adicional de ajudar a resolver este problema. Neste contexto, materiais termoelétricos, que podem converter calor em energia elétrica através do efeito Seebeck, são importantes candidatos a gerar uma energia limpa e renovável. No entanto, tais dispositivos ainda apresentam baixa eficiência de conversão, o que inviabiliza sua ampla aplicação para obtenção de energia limpa. A fim de obter dispositivos termoelétricos altamente eficientes, um estudo baseado em simulação foi realizado para otimizar a geometria de um gerador termoelétrico, em termos de sua eficiência. Aqui, duas geometrias, preenchidas e vazadas, com a mesma área de seção transversal (fator de preenchimento), foram exploradas e simuladas usando o método dos elementos finitos (FEM). As simulações revelaram um aumento na eficiência dos dispositivos com geometrias vazadas, quando comparadas as geometrias preenchidas. Tal comportamento foi observado para dispositivos termoelétricos com comprimentos menores que 0,1mm, onde a mudança na forma geométrica altera a distribuição das diferenças de temperatura ao longo do dispositivo. Além disso, para a aplicação desses materiais em geradores de energia, é importante determinar suas propriedades termoelétricas, ou seja, coeficiente Seebeck, condutividades elétrica e térmica. Portanto, um sistema de medidas para determinar o coeficiente Seebeck de filmes finos poliméricos foi totalmente desenvolvida neste trabalho. O sistema montado internamente foi validado pela medida das propriedades termoelétricas dos filmes finos PEDOT:PSS, um material bem conhecido dentro da eletrônica orgânica e geradores termoelétricos. Por fim, um primeiro dispositivo termoelétrico híbrido foi confeccionado e caracterizado, demonstrando a viabilidade desta tecnologia.

The energy crisis and global climate change are a reality that must be urgently addressed. Raising awareness through international agreements is a very powerful way of educating society, but nothing will change if new, renewable, and efficient technologies emerge to replace the dominance of fossil fuels. Knowing that 60% of the energy produced is lost in the form of heat in most of industrial/domestic process, to recover this lost energy is a way to help addressing this problem. In this context, thermoelectric materials, which can convert heat into electrical energy through the Seebeck effect, are important candidates to generate a clean and renewable energy. However, such devices still have low conversion efficiency, which prevents their wide application to obtain clean energy. In order to obtain highly efficient thermoelectric devices, a simulated-based study was conducted to optimize the thermoelectric generator geometry, in terms of its efficiency. Here, two geometries, filled and hollow, with the same cross-sectional area (fill factor), were explored and simulated using the finite element method (FEM). The simulations revealed an increase in efficiency of devices with hollow geometries, when compared to the ones with filled forms. Such behavior was observed for thermoelectric devices with lengths smaller than 0.1mm, where the change in the geometric shape alters the distribution of the temperature differences across the device. These results pave the way for new developments of highly efficient miniaturized thermoelectric generators. For the application of these materials in energy generators, it is important to determine their thermoelectric properties, that is, Seebeck coefficient, electrical and thermal conductivities. Therefore, a thorough measurement setup to determine the Seebeck coefficient of polymeric thin films was fully developed in this work. The in-house assembled system was validated by measuring the thermoelectric properties of PEDOT:PSS thin films, a well-known material within organic electronics and thermoelectric generators alike. Finally, a first hybrid thermoelectric device was made and characterized, demonstrating the feasibility of this technology.