[發明專利]一種碲化鉍基熱電元件及其制備方法無效

申請號：	201110295849.2	申請日：	2011-09-30
公開（公告）號：	CN102412366A	公開（公告）日：	2012-04-11
發明（設計）人：	陳立東;李菲;黃向陽;柏勝強;吳汀;江莞	申請（專利權）人：	中國科學院上海硅酸鹽研究所
主分類號：	H01L35/32	分類號：	H01L35/32;H01L35/34
代理公司：	上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258	代理人：	何葆芳
地址：	200050 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種碲化鉍基熱電元件及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種碲化鉍基熱電元件及其制備方法，屬于熱電元器件技術領域。

背景技術

熱電發電是利用半導體熱電轉換材料將熱能(溫差)轉化為電能的全靜態直接發電方式，是符合環保的綠色能源技術，對于緩解和解決當前日益增長的能源壓力和環境污染具有重大意義。熱電發電系統具有結構緊湊、性能可靠、運行時無噪聲、無磨損、無泄漏、移動性好并適用于低能量密度回收利用等特點，尤其適合于工業余熱和汽車尾氣廢熱等的回收利用。2005年，美國能源部啟動了面向汽車尾氣發電的高效熱電材料、器件與發電器的研究項目，計劃5年內實現汽車尾氣廢熱熱電發電的實際應用，并實現節油8～10％。日本、歐洲緊隨其后，相關研發近年內不斷升溫。但是，總體上目前國內外面向汽車尾氣和工業余熱利用的熱電發電器的性能還不能滿足要求，嚴重影響了熱電發電技術的推廣應用。

碲化鉍基合金自上世紀被發現以來一直是室溫附近性能最佳的熱電轉換材料，碲化鉍基器件分為制冷和發電器件兩種。碲化鉍基制冷器件主要采用錫焊的方法與銅電極相結合，此項技術已比較成熟，在各種致冷和溫控器件中已經獲得了廣泛的應用。但用做發電器件時，若再采用焊錫使電極與材料結合，必將導致器件在使用過程中因高溫下焊錫脫落而失效。由于碲化鉍發電器件的使用溫度范圍受錫焊熔點的限制，所以其熱電發電的功率和效率也相應受到限制。

針對上述問題，美國專利US5875098提供了一種碲化鉍基熱電發電器件的制備工藝。熱端電極采用金屬鋁，中間采用金屬鉬作為阻擋層，利用等離子噴涂的方法使之與材料相結合。由于鋁的熔點遠高于器件的使用溫度，因而很好地解決了器件使用溫度受錫焊熔點限制的問題。然而，采用這種技術制備碲化鉍器件存在以下兩個缺點：1)工藝過程參數難以控制，金屬鉬阻擋層和鋁電極采用等離子噴涂，噴涂溫度過高，噴涂過程中鋁和鉬易氧化；2)運行費用高，等離子噴涂設備昂貴，而且操作過程中會造成鋁和鉬的大量浪費，成本偏高。中國專利CN101409324A也提供了一種利用電弧噴涂的方法來實現鋁電極、鉬阻擋層與材料的結合，但同樣存在與等離子噴涂相同的問題，即工藝復雜和成本過高。

鑒于錫焊方法制備的碲化鉍基發電器件受到使用溫度的限制，而由等離子噴涂和電弧噴涂方法制備的器件存在成本過高，大規模應用受到了一定的限制等，因此，本領域迫切需要研發一種既能提高碲化鉍基發電器件的使用溫度，又能降低制備成本的碲化鉍基熱電元件及其制備方法。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和缺陷，本發明的目的是提供一種既能提高碲化鉍基發電器件的使用溫度，又能降低制備成本，且制備工藝簡單的碲化鉍基熱電元件及其制備方法。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種碲化鉍基熱電元件，包括電極層、阻擋層和碲化鉍基熱電層，且阻擋層位于電極層和碲化鉍基熱電層之間；其特征在于：所述的阻擋層材料為金屬銻或金屬銻與其它金屬的合金。

所述的電極層材料可為金屬鋁、金屬銅、金屬鎳等過渡金屬及其合金中的任意一種，優選為金屬鋁、金屬銅、金屬鎳、鋁合金、銅合金或鎳合金。

所述的阻擋層材料優選為金屬銻、AlSb、NiSb或CuSb。

所述的碲化鉍基熱電層材料可為N型碲化鉍基熱電材料，也可為P型碲化鉍基熱電材料。

所述阻擋層的厚度優選為0.1～3mm。

所述電極層的厚度優選為0.3～10mm。

本發明所述的碲化鉍基熱電元件的制備方法，包括如下步驟：

分別稱取碲化鉍基熱電層材料、阻擋層材料及電極層材料；按照碲化鉍基熱電層材料、阻擋層材料、電極層材料的順序依次裝入石墨模具中；在真空中進行熱壓燒結。