[發明專利]一種傾斜型熱電元件及其組成的傾斜型熱電組件

有效

• 申請號: 201810044569.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108447974B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 唐豪;許鵬飛;陳楠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種傾斜型熱電元件及其組成的傾斜型熱電組件，包括P型熱電臂、N型熱電臂以及布置于P型熱電臂、N型熱電臂上下兩側的導電片和陶瓷基板；所述N型熱電臂與導電片成一傾角布置，且P型熱電臂與導電片垂直或成一傾角布置；所述P型熱電臂、N型熱電臂與導電片之間均布置有包含鐵、鈦、銅、銀四種單質的過渡金屬層；上下兩側的陶瓷基板之間分別布置有一系列單傾斜型熱電元件或雙傾斜型熱電元件，彼此有序串聯連接，分別構成單傾斜型熱電組件和雙傾斜型熱電組件。本發明相比于傳統垂直型熱電元件，在相同材料用量的前提下，可有效提高熱電設備的運行效率，增大制冷量或發電量，從而促進熱電設備在更廣范圍內的應用。

技術領域

本發明涉及一種傾斜型熱電元件及其組成的傾斜型熱電組件，屬于熱電轉換技術領域，可從原理上提高微小型、低功耗熱電制冷器或熱電發電器的運行效率。

背景技術

現代科學技術的發展日新月異，電子產品的集成度和運行負荷也大幅度增大，而設備的微小型化發展趨勢也急劇壓縮著芯片的物理尺寸，導致電子設備的熱流密度也相應大幅度增大。熱電技術是一種前沿的工程技術，近年來受到了國內外學者的廣泛關注，其本質原理是溫度場和電場的耦合效應，在航天、醫療、工業及人們的日常生活中有著廣泛的應用，主要可分為熱電制冷器和熱電發電器。

其中熱電制冷器是利用了半導體材料的帕爾貼效應，當電流流過兩種不同材料的匯合處時，此處會發生冷卻或加熱，實現電能到熱能的轉換；而熱電發電器是利用了半導體材料的塞貝克效應，即在半導體材料中由于溫差產生電壓，實現熱能到電能的轉換。截止目前，不管是熱電制冷器還是熱電發電器，它們的缺點是運行效率偏低，制冷量或發電量較小，無法滿足特定需求，因而很難大范圍推廣。

綜合上述問題，亟須提出新型結構形式的熱電元件，有效提高熱電設備的運行效率，增大制冷量或發電量，從而促進熱電設備在更廣范圍內的應用。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種傾斜型熱電元件及其組成的傾斜型熱電組件，旨在提高熱電制冷器或熱電發電器的運行效率，增大制冷量和發電量，從而促進熱電設備在更廣范圍內的應用。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種傾斜型熱電元件，分為單傾斜型熱電元件和雙傾斜型熱電元件，其包括P型熱電臂、N型熱電臂以及布置于P型熱電臂、N型熱電臂上下兩側的導電片；

其中，所述P型熱電臂、N型熱電臂呈棱柱型，且N型熱電臂與導電片成一傾角布置；所述P型熱電臂與導電片垂直或成一傾角布置，則構成單傾斜型熱電元件或雙傾斜型熱電元件；所述P型熱電臂、N型熱電臂的垂直高度相等，且橫截面積也相等；所述雙傾斜型熱電元件中，P型熱電臂與N型熱電臂左右相互對稱布置。

進一步的，無論是單傾斜型還是雙傾斜型熱電元件，所述P型熱電臂、N型熱電臂與導電片之間均布置有包含鐵、鈦、銅、銀四種單質的過渡金屬層，確保半導體材料與導電片的緊密粘合，有效防止半導體材料與導電片脫節。

進一步的，所述過渡金屬層包括彼此厚度相等的第一過渡層、第二過渡層、第三過渡層；所述第一過渡層以單質鐵為主要成分，且粘連在P型熱電臂或N型熱電臂上；所述第二過渡層以單質鈦為主要成分，且覆蓋在第一過渡層上；所述第三過渡層以單質銀、銅為主要成分，疊加在第二過渡層上且與導電片相連。

進一步的，所述N型熱電臂與導電片所成的傾角在45°～90°之內。

進一步的，所述P型熱電臂、N型熱電臂采用半導體材料制成，其四個側面涂抹有絕緣材料，保證絕緣不漏電。

一種由傾斜型熱電元件組成的傾斜型熱電組件，分為單傾斜型熱電組件和雙傾斜型熱電組件，其包括上下兩側的陶瓷基板，且上下兩側的陶瓷基板之間分別布置有一系列單傾斜型熱電元件或雙傾斜型熱電元件，彼此有序串聯連接；