[发明专利]一种热电器件单元的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于热电器件领域，涉及一种热电器件单元的制作方法。

背景技术

塞贝克(Seebeck)效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。热电材料可以利用半导体材料的Seebeck效应将热能直接转换为电能，属于一种清洁，无污染的发电技术，在航空、废热余热再利用、汽车尾气处理、地热等领域有着巨大的应用潜力。所以，随着全球变暖和能源问题的日趋严重，对作为清洁能源之一的热电发电材料及其器件的研究也逐渐受到重视。

虽然以Bi₂Te₃为代表的低温材料热电发电与制冷器件的制备及应用已经步入商业化阶段，CoSb₃、MgSi_xSe_1-x、CaSn₂Sb₂、Yb₁₄MnSb₁₁、碲化铅、硅锗等中高温区的材料研究也取得了较大的进步，但是中高温区热电材料的器件化一直受中高温工艺条件下电极连接困难，界面热稳定性低等因素的困扰，无法进一步的推广应用。专利US5969290A提出了一种将P型和N型的热电材料与电极材料分别热压成型后，交替的通过钎焊串联与P型和N型热电元件相连接的电极得到热电器件。专利ZL200710044771则提出了一种将P型和N型的锑化钴热电材料并排热压成型后，从侧面焊接电极后切割成π型结构的热电器件单元。但上述方法都存在热电材料在制备成器件过程中需要再次经历焊接所需的高温过程，并且在热电材料热压成型后需要切割得到需要的形状，也存在一定程度的材料浪费。

基于以上现有技术的缺点，本发明提出一种利用模具通过热压技术同步实现热电材料制备与器件单元成型的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热电器件单元的制作方法，用于解决现有技术中中高温区热电器件在电极连接过程中多次经历高温过程容易导致材料性能发生变化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热电器件单元的制作方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一模具，所述模具包括一设有通孔的主体、设置于所述通孔内可上下移动的上压头和下压头、及设置于所述上压头和下压头之间并与所述上压头相配合的间隔件；所述间隔件中设置有至少一对空隙；所述上压头包括盖体及连接于所述盖体下方的至少一对与所述空隙相配合的压脚；

S2：将电极材料铺设于所述通孔中所述下压头的上表面，然后在所述通孔内放入所述间隔件，在每一对缝隙中分别填入P型热电材料及N型热电材料；再盖上所述上压头；

S3：将所述模具放入热压炉进行加压烧结，得到π型热电器件单元块体。

可选地，于所述步骤S2中，将电极材料铺设于所述通孔中所述下压头的上表面之后，接着在所述电极材料上表面铺设阻挡增强层材料，然后再在所述通孔内放入所述间隔件，在每一对缝隙中分别填入P型热电材料及N型热电材料；再盖上所述上压头。

可选地，将所述阻挡增强层材料以粉末、薄膜或箔片形式铺设于所述电极材料层上表面。

可选地，所述阻挡增强层材料包括Mo、W、Ti、Al、Nb、Ta或Ni元素中的一种或多种。

可选地，所述间隔件中设置有一对长条形空隙，于所述步骤S3之后，进一步切割所述电极材料、P型热电材料及N型热电材料，得到若干单个的π型热电器件单元。

可选地，所述间隔件中设置有至少两对空隙，于所述步骤S3之后，进一步切割所述电极材料，得到至少两个单个的π型热电器件单元。

可选地，所述间隔件中设置有一对空隙，于所述步骤S3中，得到的所述π型热电器件单元块体为单个的π型热电器件单元。

可选地，所述间隔件为一体成型结构，包括一方环型边框及设置于所述边框内的至少一个隔板；所述隔板将所述边框所围空间分割为至少一对空隙。

可选地，于所述步骤S2中，将所述电极材料以粉末或块体形式铺设于所述下压头上表面。

可选地，于所述步骤S2中，铺设的所述P型热电材料及N型热电材料为粉末或预制块体。

可选地，于所述步骤S1中，还包括对所述模具进行清洗和喷洒脱模剂的步骤，于所述步骤S3中烧结完毕后，直接从所述模具中取出所述π型热电器件单元块体。

可选地，于所述步骤S3中，采用放电等离子烧结、热电阻加热加压烧结或感应加热加压烧结方法得到π型热电器件单元块体。