一種串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)的溫差電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包含串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)的溫差電池，能夠有效地?cái)U(kuò)大熱電腿的溫度梯度，有利于熱能轉(zhuǎn)化為電能。屬于溫差電池制造的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]溫差電池是指使用熱電材料直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。將P型(富含空穴的熱電半導(dǎo)體材料)和將N型(富含電子的熱電半導(dǎo)體材料)一端連接并置于高溫環(huán)境中，另一端引出兩個(gè)電極并置于低溫環(huán)境中，由于高溫端熱激發(fā)作用較強(qiáng)，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(qū)使下，載流子由高溫端流向低溫端，從而在低溫端的兩個(gè)電極之間形成一定的電動(dòng)勢。這就是熱電材料的塞貝克效應(yīng)。
[0003]目前所用的溫差電池效率較低，主要的原因有兩個(gè)方面:(I)目前所使用的熱電半導(dǎo)體材料本身將熱能轉(zhuǎn)化為電能的效率較差，也就是塞貝克系數(shù)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(jié)構(gòu)以獲得足夠的溫度梯度；(2)電池電腿較短，甚至達(dá)到微米級(jí)，很難在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上獲得較大的溫度梯度。這極大地限制了溫差電池的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種能夠獲得較大溫度梯度的串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)溫差電池，解決傳統(tǒng)溫差電池難以獲得較大溫度梯度的問題，以達(dá)到優(yōu)化溫差電池的性能的目的。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的方案為:在柔性或非柔性襯底上，將有熱電效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制作成p-n熱電腿對(duì)，將熱電腿對(duì)分成兩段或多段，并用導(dǎo)電性良好的金屬材料將其連接，增加冷熱端的距離，擴(kuò)大冷熱端溫差，有效地提高將熱能轉(zhuǎn)化成電能的能力。
[0006]本發(fā)明的串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(gè)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(duì)p-n熱電腿構(gòu)成，或多對(duì)p-n熱電腿串聯(lián)而成。
[0009]有益效果:由于該溫差電池是以電池本身結(jié)構(gòu)獲得較大的溫度梯度，因此，對(duì)于任何溫度梯度的工作環(huán)境，它都可以通過調(diào)節(jié)電腿段與段之間的距離來適應(yīng)，非常有利于推廣應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的溫差電池，本發(fā)明中的電池可以應(yīng)用的場合要廣泛得多。
【附圖說明】
[0010]圖1是一對(duì)串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)溫差電池結(jié)構(gòu)示意圖。[0011 ]圖2是一對(duì)電腿分多段串聯(lián)溫差電池結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖3是多對(duì)電腿分兩段串聯(lián)溫差電池結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖4是多對(duì)電腿分多段串聯(lián)溫差電池結(jié)構(gòu)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(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明的一種串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(gè)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(duì)p-n熱電腿構(gòu)成，或多對(duì)p-n熱電腿串聯(lián)而成。
[0016]實(shí)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(fā)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(fā)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(fā)法制備冷端與熱端電極。
[0022]實(shí)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(fā)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(fā)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(fā)法制備冷端與熱端電極。
[0028]實(shí)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(fā)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(fā)法制備冷端與熱端電極。
[0034]實(shí)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(fā)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(fā)法制備冷端與熱端電極。
[0040]實(shí)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(fā)法制備連接連接鉍銻碲薄膜的銅薄膜；
[0044]4、采用蒸發(fā)法制備冷端與熱端電極。
[0045]實(shí)施例6
[0046]1、選取氧化鋁為襯底；
[0047]2、在襯底上面采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)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(fā)法制備連接連接鉍銻碲薄膜的銅薄膜；
[0049]4、采用蒸發(fā)法制備冷端與熱端電極。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(gè)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(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(duì)p-n熱電腿構(gòu)成，或多對(duì)p-n熱電腿串聯(lián)而成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種串聯(lián)電腿結(jié)構(gòu)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(gè)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(jié)構(gòu)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(fā)明中的溫差電池，可以隨著實(shí)際應(yīng)用情況的不同，調(diào)節(jié)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(shí)現(xiàn)溫度梯度的調(diào)控。與傳統(tǒng)溫差電池相比，這種結(jié)構(gòu)的溫差電池具有更廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01L35/32
【公開號(hào)】CN105633264
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610112277
【發(fā)明人】婁朝剛, 張玉潔
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日