[發明專利]一種熱電器件單元的制作方法

有效

• 申請號: 201410182366.5
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103928605B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 楊康;趙玲;王春林;陳海燕;陳小源;劉東方
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于熱電器件領域，涉及一種熱電器件單元的制作方法。

背景技術

塞貝克(Seebeck)效應，又稱作第一熱電效應，它是指由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。熱電材料可以利用半導體材料的Seebeck效應將熱能直接轉換為電能，屬于一種清潔，無污染的發電技術，在航空、廢熱余熱再利用、汽車尾氣處理、地熱等領域有著巨大的應用潛力。所以，隨著全球變暖和能源問題的日趨嚴重，對作為清潔能源之一的熱電發電材料及其器件的研究也逐漸受到重視。

雖然以Bi₂Te₃為代表的低溫材料熱電發電與制冷器件的制備及應用已經步入商業化階段，CoSb₃、MgSi_xSe_1-x、CaSn₂Sb₂、Yb₁₄MnSb₁₁、碲化鉛、硅鍺等中高溫區的材料研究也取得了較大的進步，但是中高溫區熱電材料的器件化一直受中高溫工藝條件下電極連接困難，界面熱穩定性低等因素的困擾，無法進一步的推廣應用。專利US5969290A提出了一種將P型和N型的熱電材料與電極材料分別熱壓成型后，交替的通過釬焊串聯與P型和N型熱電元件相連接的電極得到熱電器件。專利ZL200710044771則提出了一種將P型和N型的銻化鈷熱電材料并排熱壓成型后，從側面焊接電極后切割成π型結構的熱電器件單元。但上述方法都存在熱電材料在制備成器件過程中需要再次經歷焊接所需的高溫過程，并且在熱電材料熱壓成型后需要切割得到需要的形狀，也存在一定程度的材料浪費。

基于以上現有技術的缺點，本發明提出一種利用模具通過熱壓技術同步實現熱電材料制備與器件單元成型的方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種熱電器件單元的制作方法，用于解決現有技術中中高溫區熱電器件在電極連接過程中多次經歷高溫過程容易導致材料性能發生變化的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種熱電器件單元的制作方法，至少包括以下步驟：

S1：提供一模具，所述模具包括一設有通孔的主體、設置于所述通孔內可上下移動的上壓頭和下壓頭、及設置于所述上壓頭和下壓頭之間并與所述上壓頭相配合的間隔件；所述間隔件中設置有至少一對空隙；所述上壓頭包括蓋體及連接于所述蓋體下方的至少一對與所述空隙相配合的壓腳；

S2：將電極材料鋪設于所述通孔中所述下壓頭的上表面，然后在所述通孔內放入所述間隔件，在每一對縫隙中分別填入P型熱電材料及N型熱電材料；再蓋上所述上壓頭；

S3：將所述模具放入熱壓爐進行加壓燒結，得到π型熱電器件單元塊體。

可選地，于所述步驟S2中，將電極材料鋪設于所述通孔中所述下壓頭的上表面之后，接著在所述電極材料上表面鋪設阻擋增強層材料，然后再在所述通孔內放入所述間隔件，在每一對縫隙中分別填入P型熱電材料及N型熱電材料；再蓋上所述上壓頭。

可選地，將所述阻擋增強層材料以粉末、薄膜或箔片形式鋪設于所述電極材料層上表面。

可選地，所述阻擋增強層材料包括Mo、W、Ti、Al、Nb、Ta或Ni元素中的一種或多種。

可選地，所述間隔件中設置有一對長條形空隙，于所述步驟S3之后，進一步切割所述電極材料、P型熱電材料及N型熱電材料，得到若干單個的π型熱電器件單元。

可選地，所述間隔件中設置有至少兩對空隙，于所述步驟S3之后，進一步切割所述電極材料，得到至少兩個單個的π型熱電器件單元。

可選地，所述間隔件中設置有一對空隙，于所述步驟S3中，得到的所述π型熱電器件單元塊體為單個的π型熱電器件單元。

可選地，所述間隔件為一體成型結構，包括一方環型邊框及設置于所述邊框內的至少一個隔板；所述隔板將所述邊框所圍空間分割為至少一對空隙。

可選地，于所述步驟S2中，將所述電極材料以粉末或塊體形式鋪設于所述下壓頭上表面。

可選地，于所述步驟S2中，鋪設的所述P型熱電材料及N型熱電材料為粉末或預制塊體。

可選地，于所述步驟S1中，還包括對所述模具進行清洗和噴灑脫模劑的步驟，于所述步驟S3中燒結完畢后，直接從所述模具中取出所述π型熱電器件單元塊體。

可選地，于所述步驟S3中，采用放電等離子燒結、熱電阻加熱加壓燒結或感應加熱加壓燒結方法得到π型熱電器件單元塊體。