[實用新型]一種半導體溫差發電組件

有效

• 申請號: 201120258540.1
• 申請日: 2011-07-21
• 公開（公告）號: CN202217708U
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 朱冬生;吳紅霞;漆小玲
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/18;H01L35/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及半導體溫差發電技術領域，具體涉及可用于低品位熱利用的高效溫差發電組件。?

背景技術

隨著建設“資源節約型”和“環境友好型”社會的深入，節能與環保已成為21世紀人類面臨的一個共同問題。中國正處在可持續發展的關鍵階段,充分回收利用低品位能源、余熱、廢熱能源具有重要意義。我國的能源十分短缺，能源的利用率較低，各種工業余熱、廢熱等低品位熱能都沒有得到有效利用，迫切需要研發新型能源利用技術以節約能源并提高能源利用效率。?

半導體溫差發電是一種新型的發電方式，具有結構簡單、堅固耐用、清潔、無泄露、無運動部件、無噪聲、不受溫差限制、使用壽命長等優點。它可以合理利用太陽能、地熱能、工業余熱廢熱等低品位能源轉化成電能，符合綠色環保的要求。所以在軍事、航天、工業、醫療等應用領域有明顯的優勢，民用的市場前景也非常廣闊。如中國專利申請（申請號：CN200910250956.6；公開號CN102025295A）公開了“一種高效集成半導體溫差發電模塊及制造方法”，由柔性絕緣基帶、金屬線路、P型半導體、N型半導體組成，在絕緣基帶上制造有線路，在線路上生成等效的PN結，P型半導體與N型半導體之間、P型半導體與P型半導體之間、N型半導體與N型半導體之間皆通過基帶上的金屬線路連接成串聯電路；該專利申請指出:?能夠串聯的PN結越多，在溫度一定的情況下，發出的電壓就越高，熱功率就越大,但其并沒有解決在熱端和冷端金屬的傳熱問題。?

目前國內外根據此種方案組成的由多個PN結構成的商用發電組件中，普遍采用氧化鋁（Al₂O₃）陶瓷作為溫差發電組件基板，其導熱系數相對金屬材料而言比較低，冷端散熱不快，相互接觸熱阻較大，使得組件兩端的溫差很難保持較高狀態。由于發電粒子與銅導流片通過高溫焊料焊接，高溫焊料的熱膨脹系數與發電粒子的熱膨脹系數不匹配時容易脫離，造成模塊斷路，使發電組件失效。?

因此，需要對溫差發電組件的熱端和冷端基板作改進，而利用強化傳熱技術，研制高效的半導體溫差發電組件，使之可以回收低溫余熱和利用太陽能發電是一條很好的節能途徑。一方面可以極大地促進我國能源的高效利用，另一方面又可以緩解日益緊張的能源壓力和環境壓力，對國民經濟的持續發展具有重要意義。?

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種半導體溫差發電組件，解決了溫差發電組件之間的接觸熱阻和冷端冷卻問題。傳統溫差發電組件，冷端散熱不快，相互接觸熱阻較大，使得組件兩端的溫差很難保持較高狀態。由于發電粒子與銅導流片通過高溫焊料焊接，高溫焊料的熱膨脹系數與發電粒子的熱膨脹系數不匹配時由于熱應力的作用容易脫離，造成發電組件的失效。?

為解決以上問題，本實用新型的技術方案是：?

一種半導體溫差發電組件，包括熱端基板、冷端基板和多對PN結發電粒子，相鄰兩對PN結發電粒子通過銅導流片的內側串聯連接，熱端基板、冷端基板分別位于發電粒子的兩端，熱端基板為氧化鋁陶瓷基板，氧化鋁陶瓷基板與位于熱端的銅導流片的外側連接；冷端基板為鋁合金基板，鋁合金基板與位于冷端的銅導流片的外側之間使用高導熱絕緣雙面膠連接。

上述的溫差發電組件中，銅導流片與所述發電粒子通過高溫焊料焊接。?

上述的溫差發電組件中，所述氧化鋁陶瓷基板和位于熱端的銅導流片的外側使用高溫焊料焊接。?

上述的溫差發電組件中，所述氧化鋁陶瓷基板在20℃時的導熱系數≧24W/(m·K)，線膨脹系數為6.5×10^-6mm/℃，厚度為0.7mm。?

上述的溫差發電組件中，所述鋁基板為鋁合金板，在20℃時其導熱系數為203W/(m·K)，線性熱膨脹系數為22×10^-6/K，厚度為1mm。?

上述的溫差發電組件中，所述溫差發電組件中的P型發電粒子、N型發電粒子均采用經過區熔法制備的碲化鉍基熱電材料，發電粒子呈矩形截面，熔點為575℃，熱導率為1.5W/(m·K)，其線性熱膨脹系數為13.0×10^-6/K。?

上述的溫差發電組件中，所述高導熱絕緣雙面膠導熱系數為1.5W/(m·K)，厚度為0.05mm，粘著力：3.5kg/inch，耐電壓大于2.5kV/mm，耐溫范圍為-20～+180℃。?