熱電發(fā)電器件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種熱電發(fā)電器件包括：熱電片，包括相對設(shè)置的熱端和冷端、多個第一電極、多個第二電極、多個p型熱電結(jié)構(gòu)以及n型熱電結(jié)構(gòu)，所述第一電極設(shè)置于所述熱端的內(nèi)表面，所述第二電極設(shè)置于所述冷端的內(nèi)表面，所述p型熱電結(jié)構(gòu)和n型熱電結(jié)構(gòu)交替間隔排列，并通過第一電極和第二電極串聯(lián)；兩層潤濕金屬層分別設(shè)置于所述熱端和所述冷端的外表面；兩層銅金屬層分別設(shè)置于所述兩層潤濕金屬層的外表面；兩層焊錫膏層分別設(shè)置于所述兩層銅金屬層的外表面；兩個銅質(zhì)散熱片分別設(shè)置于所述兩層焊錫膏層的外表面。
【專利說明】
熱電發(fā)電器件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)一種熱電發(fā)電器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，1823年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng) 和1834年發(fā)現(xiàn)的帕爾帖效應(yīng)為熱電能量轉(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。隨著空 間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學(xué)的進(jìn)展W及在地球難于日益增加的資源考察與探索活動， 需要開發(fā)一類能夠自身供能且無需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電對運(yùn)些應(yīng)用尤其合適。
[0003] 利用自然界溫差和工業(yè)廢熱均可用于熱電發(fā)電，它能利用自然界存在的非污染能 源，具有良好的綜合社會效益。另外，利用熱電材料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)，大大拓展了熱電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 因此，熱電材料是一種有著廣泛應(yīng)用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天， 進(jìn)行新型熱電材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和市場前景?，F(xiàn)有的熱電發(fā)電器件一般在熱 電片的兩側(cè)通過導(dǎo)熱膏將兩個侶制的散熱結(jié)構(gòu)相粘結(jié)，由于散熱片一般使用銅質(zhì)材料，與 侶制的散熱結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)及膨脹系數(shù)不同，故，導(dǎo)致現(xiàn)有的熱電發(fā)電器件發(fā)電效率較低。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型提供一種熱電發(fā)電器件，可有效解決上述問題。
[0005] -種熱電發(fā)電器件，包括:熱電片，包括相對設(shè)置的熱端和冷端、多個第一電極、多 個第二電極、多個P型熱電結(jié)構(gòu)W及η型熱電結(jié)構(gòu)，所述第一電極設(shè)置于所述熱端的內(nèi)表面， 所述第二電極設(shè)置于所述冷端的內(nèi)表面，所述Ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)交替間隔排列， 并通過第一電極和第二電極串聯(lián);兩層潤濕金屬層分別設(shè)置于所述熱端和所述冷端的外表 面;兩層銅金屬層分別設(shè)置于所述兩層潤濕金屬層的外表面;兩層焊錫膏層分別設(shè)置于所 述兩層銅金屬層的外表面;兩個銅質(zhì)散熱片分別設(shè)置于所述兩層焊錫膏層的外表面。
[0006] 優(yōu)選的，所述潤濕金屬層的厚度為10納米到500納米。
[0007] 優(yōu)選的，所述潤濕金屬層的厚度為50納米到100納米。
[000引優(yōu)選的，所述銅金屬層的厚度為1微米到100微米。
[0009] 優(yōu)選的，所述銅金屬層的厚度為20微米到50微米。
[0010] 優(yōu)選的，所述焊錫膏層的厚度為1微米到100微米。
[0011] 優(yōu)選的，所述焊錫膏層的厚度為20微米到50微米。
[0012] 優(yōu)選的，所述焊錫膏層的厚度為30微米到40微米。
[0013] 本實(shí)用新型提供的熱電發(fā)電器件，通過潤濕金屬層、銅金屬層W及焊錫膏層將所 述熱電片W及所述銅質(zhì)散熱片焊接在一起，由于所述熱電發(fā)電器件的材料較為均一，故，其 整體具有較為均一的導(dǎo)熱系數(shù)及膨脹系數(shù)，從而可W提高所述熱電發(fā)電器件的效率。
【附圖說明】
[0014] 圖1為熱電發(fā)電器件的制備方法流程圖。
[0015] 圖2為熱電發(fā)電器件中的熱電片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖3為熱電發(fā)電器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可W理解的是，此處 所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明 的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0018] 請參照圖1，本實(shí)用新型提供一種熱電發(fā)電器件的制備方法，包括W下步驟：
[0019] S1，提供熱電片10。
[0020] S2,通過磁控瓣射工藝分別在所述熱端和所述冷端的外表面形成潤濕金屬層11。
[0021] S3,通過電鍛工藝分別在所述潤濕金屬層11的外表面形成銅金屬層12;
[0022] S4,通過涂覆工藝分別在所述銅金屬層12的外表面形成焊錫膏層13;
[0023] S5,分別在所述焊錫膏層13的外表面設(shè)置銅質(zhì)散熱片14,并通過回流焊接工藝將 所述銅質(zhì)散熱片14焊接在所述焊錫膏層13的外表面。
[0024] 請參照圖2，在步驟S1中，所述熱電片10包括封裝框架105、多個第一電極101、多個 第二電極102、多個P型熱電結(jié)構(gòu)103W及η型熱電結(jié)構(gòu)104。所述封裝框架105具有相對設(shè)置 的熱端（圖中未標(biāo)示)和冷端（圖中未標(biāo)示）。所述第一電極101設(shè)置于所述熱端的內(nèi)表面，所 述第二電極102設(shè)置于所述冷端的內(nèi)表面，所述Ρ型熱電結(jié)構(gòu)103和η型熱電結(jié)構(gòu)104交替間 隔排列，并通過第一電極101和第二電極102串聯(lián)。所述封裝框架105的材料為銅。
[0025] 在步驟S2中，之所W通過磁控瓣射工藝分別在所述熱端和所述冷端的外表面形成 潤濕金屬層11，是由于通過電鍛工藝形成的銅金屬層12與所述熱端和所述冷端的外表面潤 濕性不好，難W緊密的附著在所述熱端和所述冷端的外表面。故，分別在所述熱端和所述冷 端的外表面形成與銅金屬可W形成良好潤濕性的潤濕金屬層11，從而可W使后續(xù)的銅金屬 層12可W緊密的形成在所述熱端和所述冷端的外表面。優(yōu)選的，所述潤濕金屬層11的厚度 為10納米到500納米。更優(yōu)選的，所述潤濕金屬層11的厚度為50納米到100納米。所述潤濕金 屬層11的材料為儀、鈕、鐵及其合金。本實(shí)施例中，所述潤濕金屬層11的厚度約為50納米的 儀層。另外，通過磁控瓣射工藝形成，還可W使所述潤濕金屬層11與所述熱端和所述冷端的 外表面形成緊密接觸。
[0026] 在步驟S3中，之所W使用電鍛工藝形成所述銅金屬層12,是由于該銅金屬層12需 要較大的厚度，通過電鍛工藝形成，可W簡化工藝并降低成本。優(yōu)選的，所述銅金屬層12的 厚度為1微米到100微米。更優(yōu)選的，所述銅金屬層12的厚度為20微米到50微米。本實(shí)施例 中，所述銅金屬層12的厚度為30微米左右。
[0027] 在步驟S4中，所述焊錫膏層13的厚度為1微米到100微米。優(yōu)選的，所述焊錫膏層13 的厚度為20微米到50微米。更優(yōu)選的，所述焊錫膏層13的厚度為30微米到40微米。
[00%]請參照圖2-3,一種熱電發(fā)電器件100,包括:熱電片10,包括相對設(shè)置的熱端（圖中 未標(biāo)示)和冷端（圖中未標(biāo)示）、多個第一電極101、多個第二電極102、多個Ρ型熱電結(jié)構(gòu)103 W及η型熱電結(jié)構(gòu)104,所述第一電極101設(shè)置于所述熱端的內(nèi)表面，所述第二電極102設(shè)置 于所述冷端的內(nèi)表面，所述Ρ型熱電結(jié)構(gòu)103和η型熱電結(jié)構(gòu)104交替間隔排列，并通過第一 電極101和第二電極102串聯(lián);兩層潤濕金屬層11分別設(shè)置于所述熱端和所述冷端的外表 面;兩層銅金屬層12分別設(shè)置于所述兩層潤濕金屬層11的外表面;兩層焊錫膏層13分別設(shè) 置于所述兩層銅金屬層12的外表面;兩個銅質(zhì)散熱片14分別設(shè)置于所述兩層焊錫膏層13的 外表面。
[0029] 所述熱電發(fā)電器件100在使用時，其中一個銅質(zhì)散熱片14可W和溫度高的水等液 體接觸，W傳導(dǎo)熱量給所述P型熱電結(jié)構(gòu)103和所述η型熱電結(jié)構(gòu)104;其中另一個銅質(zhì)散熱 片14可W和溫度低的水等液體接觸，W將傳導(dǎo)熱量所述Ρ型熱電結(jié)構(gòu)103和所述η型熱電結(jié) 構(gòu)104的熱量傳導(dǎo)到熱電發(fā)電器件100的外部，從而形成從所述熱端到所述冷端的熱傳導(dǎo)通 路，進(jìn)而形成電流。
[0030] 進(jìn)一步的，為了獲得較佳的銅質(zhì)散熱片14的溫度，做如表1對比試驗(yàn)。
[0031] 表1
[0032]
[0033] 當(dāng)熱端的初始溫度為100°C，冷端的初始溫度為23°C時，經(jīng)過4分20秒左右，熱端的 溫度變?yōu)?3°C，冷端的溫度變?yōu)?4°C時，還可W保持電壓2.5伏特左右；而當(dāng)熱端的初始溫 度為80°C，冷端的初始溫度為23°C時，經(jīng)過3分左右，熱端的溫度變?yōu)?8°C，冷端的溫度變?yōu)?26°C，就難W檢測到電壓。由此，所述熱端的溫度優(yōu)選為70~100°C，所述冷端的溫度優(yōu)選為 20 ~30°C。
[0034] 注意，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會 理解，本實(shí)用新型不限于運(yùn)里所述的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明 顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過W上實(shí)施例 對本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于W上實(shí)施例，在不脫離 本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可W包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍由所附 的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熱電發(fā)電器件，其特征在于，包括： 熱電片，包括相對設(shè)置的熱端和冷端、多個第一電極、多個第二電極、多個P型熱電結(jié)構(gòu) 以及η型熱電結(jié)構(gòu)，所述第一電極設(shè)置于所述熱端的內(nèi)表面，所述第二電極設(shè)置于所述冷端 的內(nèi)表面，所述Ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)交替間隔排列，并通過第一電極和第二電極串 聯(lián)； 兩層潤濕金屬層分別設(shè)置于所述熱端和所述冷端的外表面； 兩層銅金屬層分別設(shè)置于所述兩層潤濕金屬層的外表面； 兩層焊錫膏層分別設(shè)置于所述兩層銅金屬層的外表面； 兩個銅質(zhì)散熱片分別設(shè)置于所述兩層焊錫膏層的外表面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述潤濕金屬層的厚度為10納米 到500納米。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述潤濕金屬層的厚度為50納米 到100納米。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述銅金屬層的厚度為1微米到 100微米。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述銅金屬層的厚度為20微米到 50微米。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述焊錫膏層的厚度為1微米到 100微米。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述焊錫膏層的厚度為20微米到 50微米。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述焊錫膏層的厚度為30微米到 40微米。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述潤濕金屬層的材料為鎳、鈀、 鈦或其合金。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電發(fā)電器件，其特征在于，所述潤濕金屬層的材料為鎳。
【文檔編號】H01L35/32GK205429009SQ201620198434
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】黃宇, 歐陽文道, 白斌, 張旻澍, 林建平, 林文倩
【申請人】深圳前海華兆新能源有限公司