[发明专利]一种热电模块及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及热电技术领域，尤其涉及一种热电材料模块及其制造方法。

背景技术

能源是现代生活和发展的基础，电能是使用最为广泛、也是最为便利的能源形式。然而，如今发电的主要形式仍然是(燃料)火力发电，这些能源的使用给我们带来了便利的同时，也带来了一个全球关注的问题—污染。为此，从上个世纪90年代以来，能源转换材料(热电材料)的研究成为材料科学的一个研究热点。

利用热电模块进行发电是一种新型的发电方式，不需要使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，与太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长，是一种具有广泛应用前景的环境友好材料。如果将其应用于上述的大规模电厂发电或普遍的制冷器，那么我们的生活将大为改观，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。上个世纪50～60年代，人们在热能和电能相互转化，特别是对电制冷方面的迫切要求，使得热电材料得到迅速发展。70年代以来，由于氟里昂制冷技术的发展，使得热电制冷和热电材料的研究受到冷落，并几乎陷入了停顿状态。90年代以来，由于氟里昂对环境的破坏作用已被人们普遍认识，制造无污染、无噪声的制冷剂则成为制冷技术追求的目标。同时，随着计算机技术、航天技术、超导技术以及微电子技术的发展，迫切需要小型、静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置。因此，适用于制造这种装置的热电材料又重新引起人们的浓厚兴趣。

目前，经过半个多世纪的研究，热电转换技术正伴随着现代科学技术不断进步的步伐而逐渐走进我们的生活。热电饮水机、热电冰箱和热电空调都已经出现，并且在逐步推广。热电冰箱不需要制冷剂和压缩机，只要提供一个直流电源就能够制冷。与传统制冷设备相比，氟里昂所带来的环境问题立刻迎刃而解。因此，世界各国均在加紧研究高效率热电转换热电材料和热电模块，以便进行大规模余热发电和热电制冷应用。

目前，国内外热电发电器其发电效率一般在5％左右，最大约12％，热电转换效率偏低。在制造方面，国内外热电发电器(模块)所选用的材料通常是Bi₂Te₃、Sb₂Te₃，普通块体热电模块的制备工艺其步骤如下：

1、采用放电等离子烧结炉进行烧结，利用Bi₂Te₃、Sb₂Te₃制备出塞贝克系数较大的半导体热电材料；

2、切割烧结体成为所需要的规格尺寸；

3、利用电极材料(铜或者银)通过焊接将N型和P型半导体连接起来；

4、电极材料外部再连接一层导热抗氧化片，如氮化铝(AlN)；

5、利用这种方法将大量N型和P型半导体串联或并联起来，从而形成热电模块。

上述现有技术存在着以下缺陷：材料Bi₂Te₃、Sb₂Te₃、氮化铝(AlN)原料成本高，Bi、Te、Sb是有毒重金属，易污染环境，而且烧结和切割Bi₂Te₃、Sb₂Te₃成本高，Bi₂Te₃、Sb₂Te₃块体与电极材料的焊接困难，难以进行大规模生产；同时，焊接料不耐高温，易被氧化。因此，限制了热电模块在余热发电和大规模发电方面的应用，也限制了余热发电和热电制冷技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种性能可靠、成本低、易于加工、可进行大规模生产的热电模块，从而为利用热电模块进行余热发电或热电制冷提供更好的坚实基础，以促进热电技术的应用和发展。本发明的另一目的在于提供一种热电模块的制造方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种热电模块，包括N型热电材料和P型热电材料；所述N型热电材料和P型热电材料为丝状，相互交替且头尾依次连接而构成“W”型热电丝串；所述各热电丝串纵向间隔排列，并在端头相互连接；各热电丝串的周围分布固结有固凝体。本发明热电模块采用丝状的热电材料作为N型和P型热电材料，材料成本低，并可以直接焊接，不需要另外的电极材料，可进行大规模的加工生产。米用固凝体固定热电丝串，使得热电模块具有较高的强度，并可以阻止水、气等流体渗入；同时使得热电模块冷、热两端具有一定的隔热性。