[发明专利]热电元件

说明书

本申请要求于2009年4月13日提交到韩国知识产权局的第2009-0031784号韩国专利申请的优先权，其公开通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及一种具有改善的稳定性和热电效率的热电元件。

背景技术

由于化石燃料能源使用的快速增长，因此全球变暖和现有能源供应的枯竭受到关注。这提高了在热电(TE)元件上的关注。TE元件用作代替导致空气污染的氟利昂(freon)气体等的制冷器件。此外，TE元件广泛地用作利用塞贝克(Seebeck)效应的小型发电机。具体地讲，当以半导体(TE半导体)为介质通过金属相互连接形成回路并且电流通过该回路时，通过费米能差异产生电势差。这时，电子消耗从一个金属表面移动到另一个金属表面必需的能量，导致制冷效果(吸热)。相反，于电子携带的能量等效的能量在另一个金属表面中放出，导致加热效果(散热)。这就是所称的珀尔帖(Peltier)效应，珀尔帖效应是通过利用TE元件运行制冷器件的原理。这里，基于半导体的类型和电流的方向确定吸热位置和放热位置，并且半导体材料的改变导致不同的效果。

图1是示出TE元件一般结构的示意性剖视图。在典型的TE元件10中，n-型TE半导体11和p-型TE半导体12通过金属层15电连接。如果通过直流电，则在吸热层13上发生吸热且在放热层14上发生放热。在这种情况下，如上所描述，吸热和放热各自的位置可根据电流的方向而改变。n-型TE半导体11和p-型TE半导体12中每个TE半导体设置为多个。多个n-型TE半导体11和多个p-型TE半导体12交替地布置并且串联电连接。在串联连接的情况下，如果TE半导体或金属层之一有问题，则整个元件不会以最佳的方式运行。

发明内容

本发明的一方面提供了一种具有改善的稳定性和热电效率的热电(TE)元件，在该TE元件中，即使在一部分组件未电性运行的情况下，也没有不利地影响整个元件的运行。

根据本发明的一方面，提供了一种TE元件，该TE元件包括：多个pn结，每个pn结通过结合n-型TE半导体和p-型TE半导体及设置在它们之间的金属层来形成；第一电极和第二电极，第一电极电连接到n-型TE半导体，第二电极电连接到p-型TE半导体。多个pn结与设置在其间的绝缘层层叠且彼此并联电连接。

多个pn结中的至少一个pn结的n-型TE半导体和p-型TE半导体可以由具有不同于另一个pn结的导热率的导热率的材料形成。

在这种情况下，n-型TE半导体和p-型TE半导体的材料的导热率可以对应于多个pn结的层叠方向从上部到下部增加。

多个pn结的层叠方向可以与TE元件中的热流的方向一致。

金属层可以由与第一电极和第二电极相同的材料形成。

第一电极可以是多个pn结中的每个pn结中的n-型TE半导体的共电极。

第二电极可以是多个pn结中的每个pn结中的p-型TE半导体的共电极。

可以沿包括多个pn结的结构的横向方向布置第一电极和第二电极。

在这种情况下，第一电极和第二电极可以彼此面对布置。

n-型TE半导体可以与第一电极接触，p-型TE半导体可以与第二电极接触，n-型TE半导体可以被布置为与第二电极隔开，p-型TE半导体可以被布置为与第一电极隔开。

在这种情况下，TE元件还可以包括分别形成在n-型TE半导体和第二电极之间及p-型TE半导体和第一电极之间的绝缘材料。

TE元件还可以包括对应于多个pn结的层叠方向在位于多个pn结的顶部的pn结的上表面上顺序形成的陶瓷层和吸热层。

在这种情况下，包含在陶瓷层中的陶瓷材料可以是氧化铝。

TE元件还可以包括对应于多个pn结的层叠方向在位于多个pn结的底部的pn结的下表面上形成的散热器。

TE元件还可以包括连接到第一电极和第二电极以形成电路的电源。电源使电流流过多个pn结，使得从多个pn结的一侧吸收的热沿着多个pn结的层叠方向传递。

TE元件还可以包括连接到第一电极和第二电极以形成电路的电阻器件。在这种情况下，通过从多个pn结的一侧吸收的热量使得电流可以流过多个pn结和电阻器件。

绝缘层可以由陶瓷材料形成。

附图说明

通过下面结合附图进行的具体描述，本发明的上述和其他方面、特征和其他优点将会更加清楚地理解，附图中：

图1是示出热电(TE)元件一般结构的示意性剖视图。

图2是示出根据本发明示例性实施例的TE元件的示意性剖视图。

图3是示出在图2的示例性实施例中pn结的并联连接结构的示意图。