可透光的热电致冷元件的制作方法
【专利摘要】一种可透光的热电致冷元件，包含：一可透光的第一基板、一可透光并与该第一基板间隔相对的第二基板、一可透光并位于该第一基板与该第二基板之间的p型热电层、一可透光且位于该第一基板与该第二基板之间并与该p型热电层间隔的n型热电层，及一可透光的电极单元。该电极单元位于该第一基板与该第二基板之间，并连接该p型热电层与该n型热电层。通过各个层体都由可透光材料制成，使本发明除了可应用于不要求透光度的装置以外，进一步还可应用于需要透明元件的装置上，应用性较广，可作为高透光性的温控元件。
【专利说明】可透光的热电致冷元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热电致冷元件，特别是涉及一种可将热能与电能进行转换并且可透光的热电致冷元件。
【背景技术】
[0002]—种已知的热电致冷兀件,包含:一第一基板、两个彼此间隔并位于该第一基板上的第一电极、分别位于所述第一电极上的一 η型热电层与一 P型热电层、一连接于该η型热电层与该P型热电层上方的第二电极，以及一位于该第二电极上的第二基板。其中，所述第一电极与该第二电极的材料为金属，例如铜。该η型热电层与该P型热电层为热电材料，例如碲化铋(Bi2Te3)。所述热电材料是一种可以将热能与电能进行转换的材料。
[0003]该热电致冷元件的运作原理，主要是外加一直流电源后即可进行热能传输。通过电流在该热电致冷元件中的流动，该元件的顶部会吸热而成为冷端，该元件的底部会放热而成为热端。该热电致冷元件在散热应用上，可以将该冷端接上一热源，将该热端接上一散热片，如此即可通过该热电致冷元件将该热源的热往该散热片传导散出，而且吸收热量与放出热量可由电源的电流大小来决定。
[0004]该热电致冷元件除了可以用于散热以外，还可通过控制电流大小来进行温控，也可以利用热电致冷元件两端的温差来产生电流，从而用于发电或可将电能储存。
[0005]但无论何种应用方式，已知的热电致冷元件的第一电极、第二电极、P型热电层与η型热电层都使用不透光的材料，因此限制该热电致冷元件无法应用于需要可透光元件的装置中。例如，用于触控面板上的元件必须可透光，如此才不会遮盖显示器的影像。因此已知的热电致冷元件仍有待改良。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可透光的热电致冷元件。
[0007]本发明可透光的热电致冷元件，包含:一个可透光的第一基板，以及一个可透光并与该第一基板上下间隔相对的第二基板。该可透光的热电致冷元件还包含:一个可透光并位于该第一基板与该第二基板之间的P型热电层、一个可透光且位于该第一基板与该第二基板之间，并与该P型热电层左右间隔的η型热电层，以及一个可透光且位于该第一基板与该第二基板之间，并连接该P型热电层与该η型热电层的电极单元。
[0008]本发明所述可透光的热电致冷元件，该P型热电层的材料为氮掺杂氧化锌。
[0009]本发明所述可透光的热电致冷元件，该η型热电层的材料为铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟掺杂氧化锌、硅掺杂氧化锌、锗掺杂氧化锌、钛掺杂氧化锌、锆掺杂氧化锌或铪掺杂氧化锌。
[0010]本发明所述可透光的热电致冷元件，该电极单元的材料为石墨烯。
[0011]本发明所述可透光的热电致冷元件，该第一基板的材料为玻璃或高分子材料，该第二基板的材料为玻璃或高分子材料。[0012]本发明所述可透光的热电致冷元件，该第一基板包括一个朝向该第二基板的第一面，该第二基板包括一个朝向该第一基板的第二面，该电极单元包括一个连接于该第一基板的第一面与该P型热电层之间的第一导电层、一个连接于该第一基板的第一面与该η型热电层之间的第二导电层，以及一个位于该第二基板的第二面上并连接该P型热电层与该η型热电层的第三导电层。
[0013]本发明所述可透光的热电致冷元件，该第一导电层、该第二导电层及该第三导电层的材料为石墨稀。
[0014]本发明的有益效果在于:通过各个层体都由可透光材料制成，使本发明除了可应用于不要求透光度的装置以外，进一步还可应用于需要透明元件的装置上，应用性较广。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明可透光的热电致冷元件的一较佳实施例的示意图。
[0016]图2显示本发明的热电致冷元件电连接一直流电源后的运作方式。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0018]参阅图1，本发明可透光的热电致冷元件的一较佳实施例包含:一第一基板3、一第二基板4、一 P型热电层5、一 η型热电层6以及一电极单兀7。
[0019]该第一基板3与该第二基板4都可透光，并且彼此上下间隔相对。该第一基板3包括一朝向该第二基板4的第一面31,该第二基板4包括一朝向该第一基板3的第二面41。本发明的第一基板3与第二基板4除了必须具有透光性以外，无其他特殊限制，该第一基板3与该第二基板4的材料例如玻璃或高分子材料，所述高分子材料例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)等等。
[0020]该P型热电层5位于该第一基板3与该第二基板4之间，并且由可透光的P型半导体热电材料制成。该P型热电层5的材料例如P型氧化锌，具体例为氮掺杂氧化锌(ZnO:N，亦即N-dopedZnO)，所述氮掺杂氧化锌为现有半导体【技术领域】的已知材料。
[0021 ] 该η型热电层6位于该第一基板3与该第二基板4之间，并与该ρ型热电层5左右间隔。该η型热电层6由可透光的η型半导体热电材料制成，其材料例如η型氧化锌，具体例为铝掺杂氧化锌(ZnO:Α1)、镓掺杂氧化锌(ZnO:Ga)、氟掺杂氧化锌(ZnO:F)、硼掺杂氧化锌(ZnO:B)、铟掺杂氧化锌(ZnO:In)、硅掺杂氧化锌(ZnO:Si)、锗掺杂氧化锌(ZnO:Ge)、钛掺杂氧化锌(ZnO:Ti)、锆掺杂氧化锌(ZnO ,Ir)或铪掺杂氧化锌(ZnO:Hf)，前述氧化锌掺杂其他元素的材料为现有半导体【技术领域】的已知材料。
[0022]该电极单元7位于该第一基板3与该第二基板4之间，用于连接该P型热电层5与该η型热电层6。该电极单兀7可透光,并包括一连接于该第一基板3的第一面31与该P型热电层5之间的第一导电层71、一连接于该第一基板3的第一面31与该η型热电层6之间的第二导电层72，以及一位于该第二基板4的第二面41上并连接该ρ型热电层5与该η型热电层6的第三导电层73。该第一导电层71、该第二导电层72与该第三导电层73都是由可透光的材料制成，其材料例如石墨烯。由于石墨烯具有高导电性、高透光性、机械强度佳、具韧性等优点，因此适合作为本发明的电极材料。
[0023]需要说明的是，该第一导电层71与该第二导电层72虽然间隔设置，但实际上可同时制作完成。其制法是先在该第一基板3上镀上一层石墨烯薄膜，再将该石墨烯薄膜蚀刻图案化，即可得到该第一导电层71与该第二导电层72。
[0024]参阅图2，将本发明的热电致冷元件外加一直流电源2后即可进行热能传输。其运作原理是，该直流电源2的负极与正极分别连接第一导电层71、第二导电层72，进而通过第一导电层71、第二导电层72与该第三导电层73使该η型热电层6与该ρ型热电层5串联，该热电致冷元件中的电流流向如图2中的虚线101所示。该ρ型热电层5的热输送方向与该电流方向相同，该η型热电层6的热输送方向与该电流方向相反，热输送方向如图中的箭头102所示。该热电致冷元件的顶部会吸热而成为冷端，该元件的底部会放热而成为热端。本发明应用于电器的散热时，将该冷端接上一热源，将该热端接上一散热片，即可通过该热电致冷元件将该热源的热往该散热片传导散出，并且可由电源的电流大小来控制吸收热量与放出热量。
[0025]由于本发明的整体材料都由可透光材料制成，因此可以制作成透明元件，适合应用于触控面板等人机介面上，可作为温度控制元件。通过适当的结构设计与电路设计将热电致冷元件布设在面板的适当位置处，让使用者触控不同的荧幕位置时可以感受到不同的温度。例如:当荧幕显现冰山时，使用者碰触该冰山图案会感受到较低的温度；当荧幕显现太阳时，使用者碰触该太阳图案会感受到较高的温度。或者，用于明眼人与盲胞可兼用的触控式空调控制器，在调温度的图案上方加一适合该图案大小形状的该热电致冷元件，使升温的三角形箭头处是热的，降温的倒三角形箭头是冰凉的，美观之余，不仅方便盲胞触摸后决定是否按压调整温度，也可使明眼人通过该热电致冷元件看到升温符号也能用手感受到冷热温度。或者，用于带温度的启蒙模型，在雪花模型外加一层含有该元件的雪花状的薄膜，不仅可以让小朋友看到雪花的形状，也可以感觉到雪花的温度。或者，用于带温度的走马灯等装饰品，在灯的图案外加一层含有该元件的薄膜，根据图案需要调整其对应位置的温度，不仅能看到美丽的图案，也可以感觉到图案的环境。借此产生新奇特殊的触感体验，能提升使用乐趣。
[0026]需要说明的是，本发明的ρ型热电层5与η型热电层6都是以氧化锌材料为主的氧化锌系列材料，其优点在于氧化锌为透明材料，可达到本发明的可透光要求，而且氧化锌掺杂适当的元素就可以制作成P型或η型半导体，方便于制作该P型热电层5与该η型热电层6。氧化锌系列材料的热电优值ZT (thermoelectric figure of merit)越高,热电效率越佳，而ZnO系列材料(如ZnO:A1、ZnO:Ga、ZnO:N等)有最高的ZT值0.47，其热电效率较佳。此外，使用的氧化锌系列材料无毒，对环境伤害小，且价格便宜，适于商品化。
[0027]综上所述，本发明通过各个层体都由可透光材料制成，而且各层体对于可见光的穿透率都可达到85%以上，整合多种高透光性薄膜而制作成热电致冷元件，以使整体元件对于可见光的穿透率约85%，除了可应用于不要求透光度的装置以外，进一步还可应用于需要透明元件的装置上，如手机屏幕上，可作为温控元件或帮助散热。因此本发明的可透光结构设计在应用上更加广泛。
【权利要求】
1.一种可透光的热电致冷元件，包含:一个可透光的第一基板，以及一个可透光并与该第一基板上下间隔相对的第二基板，其特征在于，该可透光的热电致冷元件还包含:一个可透光并位于该第一基板与该第二基板之间的P型热电层、一个可透光且位于该第一基板与该第二基板之间，并与该P型热电层左右间隔的η型热电层，以及一个可透光且位于该第一基板与该第二基板之间，并连接该P型热电层与该η型热电层的电极单元。
2.根据权利要求1所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该P型热电层的材料为氮掺杂氧化锌。
3.根据权利要求1或2所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该η型热电层的材料为铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌、氟掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、铟掺杂氧化锌、硅掺杂氧化锌、锗掺杂氧化锌、钛掺杂氧化锌、锆掺杂氧化锌或铪掺杂氧化锌。
4.根据权利要求3所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该电极单元的材料为石墨烯。
5.根据权利要求1所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该电极单元的材料为石墨烯。
6.根据权利要求1所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该第一基板的材料为玻璃或高分子材料，该第二基板的材料为玻璃或高分子材料。
7.根据权利要求1所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该第一基板包括一个朝向该第二基板的第一面，该第二基板包括一个朝向该第一基板的第二面，该电极单元包括一个连接于该第一基板的第一面与该P型热电层之间的第一导电层、一个连接于该第一基板的第一面与该η型热电层之间的第二导电层，以及一个位于该第二基板的第二面上并连接该P型热电层与该η型热电层的第三导电层。
8.根据权利要求7所述的可透光的热电致冷元件，其特征在于:该第一导电层、该第二导电层及该第三导电层的材料为石墨烯。
【文档编号】H01L35/32GK103682075SQ201310028646
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】李智渊, 蔡硕文, 蔡俊毅 申请人:鉅永真空科技股份有限公司