[發(fā)明專利]柔性微型熱電發(fā)生器及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210198835.3
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102832332A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳慶;曹二林;陳嵐
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號: H01L35/28
• 分類號: H01L35/28;H01L35/32;H01L35/34
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱電發(fā)生器，尤其是一種柔性微型熱電發(fā)生器及其制造方法，屬于熱電發(fā)生器的技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

由于便攜式電子產(chǎn)品日益增長的微型化趨勢，推動了小型化電源的研究和發(fā)展。熱電發(fā)生器作為一種自給自足的能源，它根據(jù)Seebeck效應(yīng)能將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，在適合的溫度下能保持實際上的無限的有效壽命，這使其作為一種能源領(lǐng)域的高新技術(shù)成為國際研究的熱點(diǎn)之一。?

熱電發(fā)生器一般由三部分組成：熱源、熱沉和熱電堆。熱電堆是由一系列串聯(lián)的能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)換成電能的熱電對組成（圖示2）。熱電對由不同類型的N/P型熱電材料組成，當(dāng)其兩端，即熱源端和熱沉端，出現(xiàn)溫度梯度時，其兩端可產(chǎn)生電勢差,如圖示1中所示。?

熱電器件的主要工作原理是基于Seebeck效應(yīng)。Seebeck效應(yīng)是德國物理學(xué)家Seebeck發(fā)現(xiàn)的一種熱電現(xiàn)象。當(dāng)在金屬導(dǎo)體或者半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上加上溫度差ΔT時，會伴隨產(chǎn)生電壓ΔU。并且開路電壓線性地正比于溫差：?

αs=ΔUΔT]]>

其中，α_s稱作Seebeck系數(shù)，也可稱為熱電功率。如果熱電偶的兩種構(gòu)成材料的Seebeck系數(shù)分別為α_a和α_b，則熱電偶的Seebeck系數(shù)定義為：?

α_ab＝α_a+α_b

當(dāng)n對熱電偶串聯(lián)時，總的開路輸出電壓可表示為ΔU_n：?

ΔU_n=n·(α_ab·ΔT)?

根據(jù)Seebeck效應(yīng)而制作的熱電發(fā)生器，其效率可由熱電品質(zhì)因數(shù)Z來表征：?

Z=αs2·σκ]]>

其中，σ是電導(dǎo)率，κ是熱導(dǎo)率，品質(zhì)因數(shù)Z表示可用在熱電發(fā)生器中的熱電材料的熱和電屬性。?

L/A也是影響熱電器件產(chǎn)生電壓大小的關(guān)鍵參數(shù)，L和A分別是單個熱電導(dǎo)電體的長度和橫截面積，高的L/A比值對應(yīng)著高的熱電產(chǎn)生電壓。傳統(tǒng)的塊狀熱電材料制備的熱電器件，L/A一般不超過20cm^-1，但薄膜熱電材料制備的熱電單元可以達(dá)到1000cm^-1甚至10000cm^-1。?

對于熱電器件來說，高品質(zhì)因數(shù)Z的熱電材料是最佳選擇，但在一定的熱電器件中，人們更關(guān)心，在一定電壓下器件的輸出功率以及該器件的集成程度。對于很多高品質(zhì)因數(shù)的熱電材料來說，難于制備成薄膜，這也限制了它們在微型器件制備中的應(yīng)用。就薄膜熱電材料的制備而言，國內(nèi)外也有很多研究和報導(dǎo)。有報導(dǎo)稱制備的Bi-Te/Sb-Te超晶格熱電器件的品質(zhì)因數(shù)超過了2.0，但這種?材料需要以GaAs單晶做基底進(jìn)行生長，而且很難將幾百或者幾千對這樣的單元進(jìn)行集成并封裝。而現(xiàn)今比較有效的方式是采用濺射/蒸鍍沉積的方法，此方法可以適用于多種襯底，如陶瓷，硅片，柔性薄膜等。但此方法技術(shù)和成本都要求較高。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種柔性微型熱電發(fā)生器及其制造方法，其工藝簡單方便，制造成本低，集成度高，發(fā)電效率高，安全可靠。?

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述柔性微型熱電發(fā)生器，包括柔性襯底，所述柔性襯底上設(shè)置若干交替分布的N型熱電材料層及P型熱電材料層，所述N型熱電材料層通過導(dǎo)電連接層與P型熱電材料層串聯(lián)后電連接，以在柔性襯底上形成若干串接的熱電對。?

所述導(dǎo)電連接層包括導(dǎo)電連接體、N型熱電材料連接層或P型熱電材料連接層。?

所述柔性襯底上設(shè)有下絕緣絕熱層，所述串接的熱電對位于下絕緣絕熱層上，熱電對上覆蓋有上絕緣絕熱層。?