[發明專利]熱電元件以及其制造方法

有效

• 申請號: 201380071254.6
• 申請日: 2013-06-11
• 公開（公告）號: CN104956505B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 尼古拉·伊歐薩迪
• 申請（專利權）人: 歐-弗萊克斯科技有限公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/34;H01L35/08;H01L27/16
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 楊靖,車文

技術領域

本發明涉及一種具有第一熱電層和第二熱電層的熱電薄層元件，其中，在構造出pn結的情況下構造出這些層。此外，本發明還涉及一種用于制造這種熱電元件的方法以及熱電發電機。

背景技術

這種熱電元件由EP 1 287 566 B1公知。在該熱電元件中，相對于傳統熱電元件實現了更高的效率，在傳統熱電元件中，pn結基本上在n層和p層的整個延伸部上構造，其中，沿pn結邊界面施加溫度梯度。由此，在pn層組的兩個端部之間形成了沿該長形構造的pn結的溫度差異，其導致熱電元件的效率明顯高于在傳統熱電元件情況下的效率。這種熱電元件有選擇地與n層和p層接觸。這可以通過將接觸部和與之連接的pn結制成合金來實現，或者可以通過直接接觸n層和p層來實現。為了將許多這種熱電元件裝配成模塊，這些熱電元件通過十字引導的線路串聯。模塊的各個熱電元件熱并聯。

發明內容

從現有技術出發，本發明的任務是，提供一種熱電元件，其在無需布線的情況下適用于熱電發電機中的串聯。此外，還說明了一種用于制造這種熱電元件的方法。

該任務的解決方案基于如下思想，即，熱電薄層元件在冷側上與兩個接觸面連接，而在熱側上與一個接觸面連接。此外，本發明基于如下思想，即，提供一種用于制造所述三個接觸面的廉價的方法。

具體而言，在開頭提到類型的熱電元件中，該任務以如下方式來解決，即，基底在基底的冷側上具有第一接觸面和第二接觸面，而在基底的熱側上具有第三接觸面，在冷側上的接觸面與熱側上的接觸面之間可以施加溫度梯度，熱電元件的第一熱電層布置在基底上并且將第二接觸面與第三接觸面連接，并且在構造出pn結的情況下，熱電元件的第二熱電層布置在第一熱電層上并且與第一接觸面連接。

由p層和n層構成的層組通過冷側上的第一接觸面和第二接觸面有選擇地進行接觸，其方式是，第一熱電層以接觸區段布置在基底的第二接觸面上。借助第二熱電層的布置在基底的第一接觸面上的接觸區段實現第二熱電層的有選擇的接觸。第二熱電層的接觸區段凸出超過第一熱電層與第二熱電層之間的pn結。

為了使溫度梯度沿n層與p層之間的邊界層的方向起作用，可以在冷側上的接觸面與熱側上的接觸面之間施加溫度梯度。為此必需的是，第一和第二熱電層的接觸區段與相應的接觸面僅在部分區域中重疊。經由接觸面的保留區域確保了與熱源或熱沉的良好的熱連接。同時，經由冷側上的第一接觸面和第二接觸面實現了熱電層的有選擇的電接觸。

當第一熱電層由n型的熱電半導體材料構成時，第二熱電層由p型的熱電材料構成。當第一熱電層由p型的熱電材料構成時，第二熱電層由n型的熱電材料構成。pn結優選沿n層和p層的整體的優選最長的延伸部構造，并且因此基本上沿其整個邊界層構造。

尤其考慮半導體材料，例如Bi₂Te₃、PbTe、SiGe、BiSb或者FeSi₂作為熱電材料。

基底由電絕緣的相對于接觸面具有明顯更小的熱導率的材料構成。基底材料可以是剛性的或柔性的。例如考慮Kapton(聚酰亞胺薄膜)、Kevlar(凱芙拉)以及電路板材料，例如EP2、85N、35N或復合材料作為基底材料。

接觸面必須具有高電導率和高熱導率，以便借助夾緊、粘貼或其他形式或材料鎖合(stoffschlüssig)的連接方法實現與熱源和熱沉的良好的熱連接。一方面為了層材料的有選擇的接觸而需要高電導率，另一方面為了截取由熱電元件或熱電發電機產生的電壓而需要高電導率。考慮具有高熱導率和高電導率的金屬，尤其是銅或銅合金作為接觸面材料。接觸區域可以附加地用鎳進行覆層作為擴散勢壘。

為了著眼于高效率而使第一層和第二層的從pn結延伸出的接觸區段保持盡可能短，第三接觸面優選與第一接觸面和第二接觸面錯開地布置。該錯開優選以如下方式來選擇，即，使第一接觸面與第二接觸面之間的間隙的延長部與第三接觸面相交。