专利名称：具有绝缘衬底的热电模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括一系列通过导电触点串联连接的P和η型半导体的热电模块及其制备方法，其中所述热电模块被支撑在具有特定电绝缘的衬底上。
背景技术：
热电发电机和Peltier结构本身已公开了一段时间。一侧受到加热而另一侧被冷却的P和η型掺杂半导体传输电荷通过外电路，并且可以通过电路中的负载作电功。在这种方法中实现的热到电能的转换效率在热动学上受到Carnot效率限制。因此，在高温侧温度为1000Κ、“低温”侧温度为400Κ的情况下可以获得(1000-400) 1000 = 60%的效率。 然而，迄今为止最高只能获得10%的效率。另一方面，当向这种结构施加直流电流时，热量从一侧传输至另一侧。这种 Peltier结构像热泵一样工作，因此适于冷却装置部件、车辆或建筑物。相比于常规加热，基于Peltier原理的加热也更优选，因为相比于对应于提供的能量当量，其传输更多热量。例如 Cronin B. Vining, ITS Short Course on Thermoelectricity, (1993 年 11 月8日，Yokohama，日本)很好地回顾了效果和材料。目前，热电发电机被用在例如航空探测器中用于产生直流电、用于管道的阴极抗腐蚀、用于向灯浮标和无线电浮标提供能量、以及用于使收音机和电视工作。热电发电机的优势在于它极度可靠。例如，它们可以在任何大气条件(诸如大气湿度)下工作；不存在易于产生故障的质量转移，而只有电荷转移。可以使用从氢气到天然气、汽油、煤油、柴油燃料、直至生物方式获取的燃料(例如菜籽油甲酯)的任何燃料。热电能量转换因此能够非常灵活地适应未来需求，诸如氢经济或源自可再生能源的能量生成。—项特别有吸引力的应用是用于在机动车、加热系统或电站中将(废弃)热量转换成电能。目前利用的热能甚至可以通过热电发电机至少部分回收，但是现有技术的效率远低于10%，因此相当一部分能量仍然未得到利用。因此在废弃热量的利用中还存在获得更高效率的驱动力。直接将太阳能转换成电能也是非常有吸引力的。诸如抛物线形凹部这样的集中器可以将太阳能集中到产生电能的热电发电机中。然而，在用作热泵时还需要更高的效率。热电活性材料基本根据其效率被评估。热电材料在这个方面上的特性被称作Z因子(品质因数)Z=^
K其中S为塞贝克系数，σ为电导率，κ为热导率。优选热导率非常低、电导率非常高、塞贝克系数非常大的热电材料，以使品质因数获得最大值。乘积S2· σ被称作功率因子，且用于热电材料的比较。
此外，常常还报告无量纲的乘积Z ·Τ以用于比较目的。目前已知的热电材料在最佳温度下具有约为1的最大Z · T值。在超出该最佳温度的情况下，Z · T值通常明显小于 1。更为精确的分析表明可以依据以下公式计算效率(同时参见Mat. Sci. and Eng. B29 (1995)228)
权利要求
1.一种热电模块，其包括通过导电触点串联连接的一组P和η型半导体，所述导电触点接触具有中到高的热导率的衬底，所述衬底通过包括陶瓷材料的电阻表面层与导电触点电绝缘。
2.如权利要求1所述的热电模块，其中所述电阻表面层由陶瓷材料或玻璃和陶瓷材料的混合物的涂层形成。
3.如权利要求1或2中任一项所述的热电模块，其中所述衬底为金属、金属合金、半金属、半导体、石墨、导电陶瓷或其组合。
4.如权利要求1-3中任一项所述的热电模块，其中所述电阻表面层的厚度在 1 μ m-500 μ m1 μ m—100 μ m ^Jl]。
5.如权利要求1-4中任一项所述的热电模块，其中所述导电触点沉积在电绝缘衬底上。
6.如权利要求1-4中任一项所述的热电模块，其中所述导电触点被施加到热电材料上。
7.如权利要求1-6中任一项所述的热电模块，其中所述热电材料被嵌入、夹置或插入固体基质中，其中所述基质材料具有低的电导率和热导率，且优选为陶瓷、玻璃、云母、气凝胶或这些材料的组合。
8.如权利要求1-7中任一项所述的热电模块，其中所述电阻表面层通过电泳沉积施加到衬底上。
9.如权利要求1-8中任一项所述的热电模块，其中所述衬底为耐热的钢、铁或镍合金。
10.如权利要求1-9中任一项所述的热电模块，其中所述陶瓷材料包括矾土、氧化锆、 二氧化钛、硅石、氧化硼或其混合物。
11.如权利要求1-10中任一项所述的热电模块，其中所述衬底具有不受限制的三维几何形状，所述形状优选能够通过形成衬底片材获得。
12.一种用于制备如权利要求1-11中任一项所述的热电材料的方法，其包括通过电泳沉积向所述衬底施加所述电阻表面层的步骤。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的热电模块的用途，所述用途为用作热泵、用于就座家具、车辆和建筑物的气候控制、用在冰箱和(衣物)干燥机中、用于在物质分离过程中同时加热和冷却流、用作利用热源的发电机或用于冷却电子部件。
14.一种热泵、冷却器、冰箱、(衣物)干燥机、利用热源的发电机、用于将热能转换成电能的发电机，其包括至少一个如权利要求1-11中任一项所述的热电模块。
全文摘要
在包括通过导电触点串联连接的一组p和n型半导体的热电模块中，导电触点接触具有中到高的热导率的衬底，所述衬底通过包括陶瓷材料的电阻表面层与导电触点电绝缘。
文档编号H01L35/32GK102449791SQ201080023763
公开日2012年5月9日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年4月2日
发明者F·哈斯, F·斯塔克浦, G·胡贝尔, I·W·琼斯, J·S·布莱克本, K·希尔勒-阿恩特, M·A·斯忒芬, S·希文斯 申请人:巴斯夫欧洲公司