本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜熱電材料，特別涉及基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
近年來環(huán)境污染、能源危機及某些器件小型化的要求(如制冷器和發(fā)電機的小型化等)等問題日益凸顯，迫切需要新的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)解決這些問題。熱電轉(zhuǎn)換是極具潛能的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)之一。熱電材料是一種能將熱能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能材料，具有無污染、無機械傳動等優(yōu)點，可利用其制備的微型元件用于制備微型電源、微區(qū)冷卻、光通信激光二極管和紅外線傳感器的調(diào)溫系統(tǒng)。目前已有的熱電材料有半導(dǎo)體合金熱電材料(如Bi2Te3、PbTe、SiGe等)、鈷酸鹽類氧化物熱電材料(如NaCo2O4、Ca3Co2O9等)、金屬合金固溶體熱電材料(如AgTiTe、ZrNiSn、TiNiSn等)、金屬硅化物型熱電材料(如FeSi2、MnSi2等)、Skutterudite熱電材料(其通式為AB3，A為金屬元素，如Ir、Co、Rh、Fe等，B是V族元素，如As、Sb、p等，如CoSb3)。上述熱電材料中，有些材料含有有毒元素(如Bi、Pb、As、Sb、P等)，有些在地球上含量少，有些制備工藝復(fù)雜。因此，有必要探索廉價、資源豐富、制備簡單和環(huán)境友好的熱電材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述熱電材料存在的問題，提供一種基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料及其制備方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：上述基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料由下述方法制備得到：1、利用熱蒸發(fā)法在玻璃襯底上沉積一層厚度為60～140nm的鋁薄膜。2、利用等離子增強化學(xué)氣相沉積法在鋁薄膜上沉積一層厚度為150～350nm的氫化非晶硅薄膜。3、利用熱蒸發(fā)法在氫化非晶硅薄膜上沉積一層厚度為35～90nm的銅薄膜，得到鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料。4、將鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料在氮氣氣氛中500～600℃退火40～60分鐘，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。上述的步驟1中，優(yōu)選利用熱蒸發(fā)法在玻璃襯底上沉積一層厚度為80nm的鋁薄膜，熱蒸發(fā)法的系統(tǒng)本底真空為3×10-4Pa。上述的步驟2中，優(yōu)選利用等離子增強化學(xué)氣相沉積法在鋁薄膜上沉積一層厚度為200nm的氫化非晶硅薄膜，等離子增強化學(xué)氣相沉積法的系統(tǒng)本底真空為2×10-4Pa，沉積時電極間距為1.9cm，襯底溫度為160℃，工作壓強為60Pa，功率為8W，SiH4流量為9sccm，H2流量為60sccm。上述的步驟3中，優(yōu)選利用熱蒸發(fā)法在氫化非晶硅薄膜上沉積一層厚度為50nm的銅薄膜，銅薄膜面積小于氫化非晶硅薄膜面積，熱蒸發(fā)法的系統(tǒng)本底真空為3×10-4Pa，得到鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料。本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明的熱電材料所需材料儲量豐富，價格低廉，不含有毒元素，制備工藝簡單，且相對于典型的熱電材料(如：Bi2Te3、Ca3Co4O9等)低溫時(100℃以下)短路電流、開路電壓較大。附圖說明圖1是鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1是玻璃襯底，2是鋁薄膜，3是氫化非晶硅薄膜，4是銅薄膜。圖2是實施例1制備的熱電材料的開路電壓和短路電流隨溫度的變化關(guān)系圖。圖3是實施例2制備的熱電材料的開路電壓和短路電流隨溫度的變化關(guān)系圖。圖4是實施例3制備的熱電材料的開路電壓和短路電流隨溫度的變化關(guān)系圖。圖5是實施例4制備的熱電材料的開路電壓和短路電流隨溫度的變化關(guān)系圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于這些實施例。實施例11、將玻璃片襯底依次在丙酮、乙醇中超聲清洗10分鐘，然后依次用70℃的RCA1、RCA2溶液浸泡20分鐘，再用去離子水清洗干凈，最后用氮氣吹干。如圖1所示，利用熱蒸發(fā)法在玻璃襯底上沉積一層厚度為80nm的鋁薄膜，熱蒸發(fā)系統(tǒng)本底真空為3×10-4Pa。2、利用等離子增強化學(xué)氣相沉積法在鋁薄膜上沉積一層厚度為200nm的氫化非晶硅薄膜，等離子增強化學(xué)氣相沉積法的系統(tǒng)本底真空為2×10-4Pa，沉積時電極間距為1.9cm，襯底溫度為160℃，工作壓強為60Pa，功率為8W，SiH4流量為9sccm，H2流量為60sccm。3、利用熱蒸發(fā)法在氫化非晶硅薄膜上沉積一層厚度為50nm的銅薄膜，熱蒸發(fā)系統(tǒng)本底真空為3×10-4Pa，銅薄膜面積小于氫化非晶硅薄膜面積，得到鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料。4、將鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料在氮氣氣氛中550℃退火50分鐘，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。經(jīng)測試，該熱電材料的銅薄膜和納晶硅薄膜之間有橫向電流，該熱電材料的短路電流和開路電壓隨環(huán)境溫度的變化關(guān)系如圖2所示。由圖可見，在絕對溫度293K時，其短路電流與開路電壓分別是0.05μA、0.222mV；在311K時，其短路電流與開路電壓分別是0.30μA、3.75mV；在328K時，其短路電流與開路電壓分別是0.68μA、9.2mV；在342K時，其短路電流與開路電壓分別是0.87μA、12.8mV；在358K時，其短路電流與開路電壓分別是1.14μA、17.9mV；在370K時，其短路電流與開路電壓分別是1.48μA、23.0mV。實施例2本實施例中，鋁薄膜的沉積厚度為60nm、氫化非晶硅薄膜的沉積厚度為150nm、銅薄膜的沉積厚度為90nm，其他步驟與實施例1相同，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。經(jīng)測試，該熱電材料的銅薄膜和納晶硅薄膜之間有橫向電流，該熱電材料的短路電流和開路電壓隨環(huán)境溫度的變化關(guān)系如圖3所示。由圖可見，在絕對溫度293K時，其短路電流與開路電壓分別是0.006μA、0.41mV；在311K時，其短路電流與開路電壓分別是0.019μA、1.31mv；在328K時，其短路電流與開路電壓分別是0.047μA、6.94mV；在342K時，其短路電流與開路電壓分別是0.075μA、15.56mV；在358K時，其短路電流與開路電壓分別是0.111μA、18.14mV；在370K時，其短路電流與開路電壓分別是0.157μA、39mV。實施例3本實施例中，鋁薄膜的沉積厚度為100nm、氫化非晶硅薄膜的沉積厚度為150nm、銅薄膜的沉積厚度為35nm，其他步驟與實施例1相同，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。經(jīng)測試，該熱電材料的銅薄膜和納晶硅薄膜之間有橫向電流，該熱電材料的短路電流和開路電壓隨環(huán)境溫度的變化關(guān)系如圖4所示。由圖可見，在絕對溫度293K時，其短路電流與開路電壓分別是0.001μA、1.30mV；在311K時，其短路電流與開路電壓分別是0.005μA、3.44mV；在328K時，其短路電流與開路電壓分別是0.013μA、6.82mV；在342K時，其短路電流與開路電壓分別是0.019μA、11.32mV；在358K時，其短路電流與開路電壓分別是0.029μA、20.86mV；在370K時，其短路電流與開路電壓分別是0.039μA、26.36mV。實施例4本實施例中，鋁薄膜的沉積厚度為140nm、氫化非晶硅薄膜的沉積厚度為350nm、銅薄膜的沉積厚度為50nm，其他步驟與實施例1相同，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。經(jīng)測試，該熱電材料的銅薄膜和納晶硅薄膜之間有橫向電流，該熱電材料的短路電流和開路電壓隨環(huán)境溫度的變化關(guān)系如圖5所示。由圖可見，在絕對溫度293K時，其短路電流與開路電壓分別是0.002μA、0.42mV；在311K時，其短路電流與開路電壓分別是0.014μA、1.24mV；在328K時，其短路電流與開路電壓分別是0.032μA、3.13mV；在342K時，其短路電流與開路電壓分別是0.046μA、4.76mV；在358K時，其短路電流與開路電壓分別是0.063μA、12.74mV；在370K時，其短路電流與開路電壓分別是0.080μA、13.21mV。實施例5在實施例1～4的步驟4中，將鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料在氮氣氣氛中500℃退火60分鐘，其他步驟與相應(yīng)實施例相同，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。實施例6在實施例1～4的步驟4中，將鋁/氫化非晶硅/銅薄膜材料在氮氣氣氛中600℃退火40分鐘，其他步驟與相應(yīng)實施例相同，得到基于鋁/納晶硅/銅薄膜的熱電材料。