[發(fā)明專利]一種熱電轉換器件及其制備方法、熱電轉換系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114597305A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 鄭興華;王春陽;楊嘯;張挺;盧瑞;陳海生
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: H01L35/28
• 分類號: H01L35/28;H01L35/34
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權代理有限公司 11250
• 代理人: 薛異榮

本發(fā)明提供一種熱電轉換器件及其制備方法、熱電轉換系統(tǒng)，熱電轉換器件包括：第一電極；與第一電極電連接的P型元件和N型元件；分別位于P型元件和N型元件背離第一電極一側的第二電極；P型元件包括若干個P型子層區(qū)，對于任意一個P型子層區(qū)，P型子層區(qū)朝向第一電極一側的表面面積小于P型子層區(qū)朝向所述第二電極一側的表面面積；和/或，N型元件包括若干個N型子層區(qū)，對于任意一個N型子層區(qū)，N型子層區(qū)朝向第一電極一側的表面面積小于N型子層區(qū)朝向第二電極一側的表面面積。所述熱電轉換器件提高了熱電轉換效率。

技術領域

本發(fā)明涉及熱電轉換技術領域，具體涉及一種熱電轉換器件及其制備方法、熱電轉換系統(tǒng)。

背景技術

熱電材料是采用熱電效應將熱能和電能進行直接轉換的一種無污染的綠色能源材料。熱電材料利用溫差發(fā)電無需機械部件,也不發(fā)生化學反應，利用電壓差制冷也無需壓縮機或氟利昂等致冷劑。熱電材料構成的器件是理想的無振動、無噪音、無泄漏、體積小、環(huán)境友好型電源和制冷器，近幾年已被廣泛應用于工業(yè)余熱、地熱能發(fā)電、清潔能源的風光熱電聯(lián)用（如分布式供能儲能系統(tǒng)、壓縮空氣儲能、蓄冷蓄熱系統(tǒng)等）、智能建筑及小區(qū)、深空探測（如伽利略號同位素供熱/電）、深海探測（潛水器靜音供電/熱）以及微電子及光電子器件散熱。

熱電轉換效率是衡量材料熱電轉換能力的關鍵本征參數(shù)，如何調控提升熱電轉換效率是熱電材料-器件-系統(tǒng)優(yōu)化設計和應用的基礎，也是制約熱電材料研發(fā)、器件與系統(tǒng)優(yōu)化及應用的瓶頸問題，嚴重制約現(xiàn)階段新型熱電材料及器件研制開發(fā)、能源高效及智能化利用、航空航天熱電管理、節(jié)能智慧城市、分布式供能及儲能技術的發(fā)展。

目前熱電轉換器件的熱電轉換效率一般較低（ZT≈1），熱電轉換器件及系統(tǒng)的應用受到很大限制。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明提供一種熱電轉換器件及其制備方法、熱電轉換系統(tǒng)，以提高熱電轉換器件的熱電轉換效率。

本發(fā)明提供一種熱電轉換器件，包括：第一電極；與所述第一電極電連接的P型元件和N型元件；分別位于所述P型元件和N型元件背離所述第一電極一側的第二電極；所述P型元件包括自第二電極至第一電極的方向上層疊的若干個P型子層區(qū)，對于任意一個P型子層區(qū)，所述P型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的表面面積小于所述P型子層區(qū)朝向所述第二電極一側的表面面積；和/或，所述N型元件包括自第二電極至第一電極的方向上層疊的若干個N型子層區(qū)，對于任意一個N型子層區(qū)，所述N型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的表面面積小于所述N型子層區(qū)朝向所述第二電極一側的表面面積。

可選的，所述若干個P型子層區(qū)包括第一個P型子層區(qū)至第M個P型子層區(qū)，M為大于或等于2的整數(shù)，第k+1個P型子層區(qū)位于第k個P型子層區(qū)背離所述第二電極的一側表面，k為大于或等于1且小于或等于M-1的整數(shù)；第k個P型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的面積大于或等于第k+1個P型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的面積。

可選的，第k個P型子層區(qū)的厚度小于或等于第k+1個P型子層區(qū)的厚度。

可選的，所述若干個N型子層區(qū)包括第一個N型子層區(qū)至第Q個N型子層區(qū)，Q為大于或等于2的整數(shù)，第j+1個N型子層區(qū)位于第j個N型子層區(qū)背離所述第二電極的一側表面，j為大于或等于1且小于或等于Q-1的整數(shù)；第j個N型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的面積大于或等于第j+1個N型子層區(qū)朝向所述第一電極一側的面積。

可選的，第j個N型子層區(qū)的厚度小于或等于第j+1個N型子層區(qū)的厚度。

可選的，每個P型子層區(qū)的厚度為5納米~1mm；每個N型子層區(qū)的厚度為5納米~1mm。

可選的，所述P型子層區(qū)的頂面和底面為圓形，或者，所述P型子層區(qū)的頂面和底面為矩形；所述N型子層區(qū)的頂面和底面為圓形，或者，所述N型子層區(qū)的頂面和底面為矩形。