一種串聯電腿結構的溫差電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種包含串聯電腿結構的溫差電池，能夠有效地擴大熱電腿的溫度梯度，有利于熱能轉化為電能。屬于溫差電池制造的技術領域。
【背景技術】
[0002]溫差電池是指使用熱電材料直接將熱能轉換成電能的技術。將P型(富含空穴的熱電半導體材料)和將N型(富含電子的熱電半導體材料)一端連接并置于高溫環境中，另一端引出兩個電極并置于低溫環境中，由于高溫端熱激發作用較強，使得高溫端與低溫端的載流子濃度存在梯度，在載流子濃度梯度多的驅使下，載流子由高溫端流向低溫端，從而在低溫端的兩個電極之間形成一定的電動勢。這就是熱電材料的塞貝克效應。
[0003]目前所用的溫差電池效率較低，主要的原因有兩個方面:(I)目前所使用的熱電半導體材料本身將熱能轉化為電能的效率較差，也就是塞貝克系數較小，即要想獲得一定的電壓，必須使高溫端的溫度足夠高或者在低溫端加上必要的散熱降溫裝置或結構以獲得足夠的溫度梯度；(2)電池電腿較短，甚至達到微米級，很難在傳統結構上獲得較大的溫度梯度。這極大地限制了溫差電池的應用。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明的目的是設計一種能夠獲得較大溫度梯度的串聯電腿結構溫差電池，解決傳統溫差電池難以獲得較大溫度梯度的問題，以達到優化溫差電池的性能的目的。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供的方案為:在柔性或非柔性襯底上，將有熱電效應的半導體材料制作成p-n熱電腿對，將熱電腿對分成兩段或多段，并用導電性良好的金屬材料將其連接，增加冷熱端的距離，擴大冷熱端溫差，有效地提高將熱能轉化成電能的能力。
[0006]本發明的串聯電腿結構溫差電池具體為:在基底上，該電池的高溫端電極與低溫端電極之間連接有N型電腿，高溫端電極與另一個低溫端電極之間連接有P型電腿，N型電腿和P型電腿的熱電材料分成兩段或多段，中間以金屬相連。所述的N型電腿、P型電腿和金屬是線狀、帶狀或者薄膜。
[0007]所述的溫差電池制備于柔性或非柔性襯底上。
[0008]所述的N型電腿或P型電腿是一對p-n熱電腿構成，或多對p-n熱電腿串聯而成。
[0009]有益效果:由于該溫差電池是以電池本身結構獲得較大的溫度梯度，因此，對于任何溫度梯度的工作環境，它都可以通過調節電腿段與段之間的距離來適應，非常有利于推廣應用。相比傳統的溫差電池，本發明中的電池可以應用的場合要廣泛得多。
【附圖說明】
[0010]圖1是一對串聯電腿結構溫差電池結構示意圖。[0011 ]圖2是一對電腿分多段串聯溫差電池結構圖。
[0012]圖3是多對電腿分兩段串聯溫差電池結構圖。
[0013]圖4是多對電腿分多段串聯溫差電池結構圖。
[0014]其中有:N型電腿I，P型電腿2，高溫端電極31，低溫端電極32，金屬4，基底5。
【具體實施方式】
[0015]本發明的一種串聯電腿結構溫差電池，在基底5上，該電池的高溫端電極31與低溫端電極32之間連接有N型電腿I，高溫端電極31與另一個低溫端電極32之間連接有P型電腿2，N型電腿I和P型電腿2的熱電材料分成兩段或多段，中間以金屬4相連。所述的N型電腿I或P型電腿2是一對p-n熱電腿構成，或多對p-n熱電腿串聯而成。
[0016]實施例1
[0017]1、選取石英片為襯底；
[0018]2、在襯底上面采用熱蒸發的方法制備兩段寬度5毫米長度I厘米的鉍碲砸熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0019]3、采用同樣方法制備兩段5毫米長度I厘米的鉍銻碲熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0020]4、采用熱蒸發法制備連接鉍碲砸薄膜的銅薄膜和連接鉍銻碲薄膜的銅薄膜；
[0021]5、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
[0022]實施例2(附圖3)
[0023]1、選取聚酰亞胺薄膜為柔性襯底
[0024]2、在襯底上面采用熱蒸發的方法制備兩段寬度5毫米長度I厘米的砸化鉍熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0025]3、采用同樣方法制備兩段5毫米長度I厘米的碲化銻熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0026]4、采用熱蒸發法制備連接砸化鉍薄膜的銅薄膜和連接碲化銻薄膜的銅薄膜；
[0027]5、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
[0028]實施例3
[0029]1、選取石英片為襯底；
[0030]2、在襯底上面采用分子束外延的方法制備兩段寬度5毫米長度I厘米的硅鍺熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0031]3、采用激光閃光法制備兩段5毫米長度I厘米的硅鐵熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0032]4、采用熱蒸發法制備連接硅鍺薄膜的銅薄膜和連接硅鐵薄膜的銅薄膜；
[0033]5、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
[0034]實施例4
[0035]1、選取石英片為襯底；
[0036]2、在襯底上面采用磁控濺射的方法制備兩段寬度5毫米長度I厘米的硅鎂合金熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0037]3、采用磁控濺射法制備兩段5毫米長度I厘米的硅錳合金熱電薄膜，中間距離為I厘米；
[0038]4、采用熱蒸發法制備連接硅鎂合金薄膜的銅薄膜和連接硅錳合金薄膜的銅薄膜；
[0039]5、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
[0040]實施例5
[0041]1、選取聚酰亞胺為襯底；
[0042]2、在襯底上面采用閃蒸的方法分別制備兩種原子比例不同的鉍銻碲薄膜，每種薄膜分為兩段寬度5毫米長度I厘米的薄膜，中間距離為I厘米；
[0043]3、采用熱蒸發法制備連接連接鉍銻碲薄膜的銅薄膜；
[0044]4、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
[0045]實施例6
[0046]1、選取氧化鋁為襯底；
[0047]2、在襯底上面采用絲網印刷技術的方法制備五段鈷酸鈣和五段氧化銦鋅厚膜，每段厚膜的尺寸為長2厘米，寬I厘米，間距為I厘米；
[0048]3、采用熱蒸發法制備連接連接鉍銻碲薄膜的銅薄膜；
[0049]4、采用蒸發法制備冷端與熱端電極。
【主權項】
1.一種串聯電腿結構溫差電池，其特征在于:在基底(5)上，該電池的高溫端電極(31)與低溫端電極(32)之間連接有N型電腿(I)，高溫端電極(31)與另一個低溫端電極(32)之間連接有P型電腿(2)，N型電腿(I)和P型電腿(2)的熱電材料分成兩段或多段，中間以金屬(4)相連。2.根據權利要求1所述的串聯電腿結構溫差電池，其特征在于:所述的N型電腿(I)、P型電腿(2)和金屬(4)是線狀、帶狀或者薄膜。3.根據權利要求1所述的串聯電腿結構溫差電池，其特征在于:所述的溫差電池制備于柔性或非柔性襯底上。4.根據權利要求1所述的串聯電腿結構溫差電池，其特征在于:所述的N型電腿(I)或P型電腿(2)是一對p-n熱電腿構成，或多對p-n熱電腿串聯而成。
【專利摘要】本發明涉及一種串聯電腿結構溫差電池，在基底(5)上，該電池的高溫端電極(31)與低溫端電極(32)之間連接有N型電腿(1)，高溫端電極(31)與另一個低溫端電極(32)之間連接有P型電腿(2)，N型電腿(1)和P型電腿(2)的熱電材料分成兩段或多段，中間以金屬(4)相連。這種結構能夠有效延長電池冷端與熱端的距離，加大冷端與熱端的溫度差，從而改善溫差電池的性能。本發明中的溫差電池，可以隨著實際應用情況的不同，調節p型和n型熱電腿與金屬的長度，改變冷端與熱端的溫差，實現溫度梯度的調控。與傳統溫差電池相比，這種結構的溫差電池具有更廣泛的應用前景。
【IPC分類】H01L35/32
【公開號】CN105633264
【申請號】CN201610112277
【發明人】婁朝剛, 張玉潔
【申請人】東南大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月29日