[发明专利]一体化封装结构热电器件及其制备方法

说明书

本发明的一体化封装结构热电器件及其制备方法，具备：至少包含一对P型和N型热电材料、且具备高温端及低温端的热电组件；设于所述热电组件的高温端侧及低温端侧的绝缘层；设于所述热电组件的高温端侧的缓冲层；整体覆盖所述热电组件、所述绝缘层及所述缓冲层的上盖；载置所述热电组件且与所述上盖形成封闭的壳体空间的底板；以及，分别与所述热电组件及所述底板装配连接的多个输出传感器。根据本发明，可保证热电材料和高温金属电极不被氧化，可直接在高温、大气环境下长时间使用，提高热电器件的寿命和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种热电器件，尤其涉及一体化封装结构热电器件及其制备方法。

背景技术

热电转换技术是利用半导体材料直接将热能与电能进行转换的技术，是一种环境友好型能量转换技术，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用方面具有显著的优势，对提高余废热利用率，提升能源综合利用效率，降低化石燃料消耗，改善环境、气候等方面具有重要作用。

制约热电转换技术广泛应用主要有两方面因素，一是热电材料的本征热电性能，它决定了热电材料具有的理论最高转换效率；二是器件制备集成技术，它直接影响器件可靠性及器件转换效率。

随着材料制备新技术发展，多个体系的热电材料性能大幅提升。同时，热电组件集成技术优化及多段、级联器件技术突破，热电器件效率获得不断提升。然而，对热电器件，尤其是高温热电器件，其工作温度通常为300℃～1000℃。热电器件在高温服役过程中，部分组成元素挥发或材料氧化会导致其热电器件的性能下降，甚至失效，因此无封装结构的热电器件无法在高温下和空气环境中长期使用，这严重阻碍了热电器件的实际应用。

为了避免这一问题，通常会在热电材料表面制备涂层进行防护。Chen 等 [LidongChen，Takashi Goto，Rong Tu 和 Toshio Hirai， High-temperature oxidationbehavior of PbTe and oxidation-resistive glass coating[J].1997 PROCEEDINGS，Sixteenth International Conference on Thermoelectrics(ICT) ：251-254] 在 PbTe表面涂覆30-50μm玻璃涂层用以阻止其被氧化。中国专利公开CN 103146301 A公开了一种方钴矿基无机保护涂层制备方法， MITSURU KAMBE等[MITSURU KAMBE, TAKAHIROJINUSHI, 和 ZENZO ISHIJIMA，Encapsulated Thermoelectric Modules and CompliantPads for Advanced Thermoelectric Systems[J].,Journal of Electronic Materials,39(9), 2010 : 1418-1421]使用电子束焊接将热电器件封装于316不锈钢壳体内，可以有效防护器件氧化问题。

同属本申请人申请的对比文件1公开了结合连接过渡层和阻挡层的多层防护涂层，对CoSb₃中Sb的挥发及热电材料由外向里的氧化有一定效果，然而，在实际制备中，在热电材料上制备防护涂层不仅条件苛刻，而且涂层在实际使用过程中，热电器件的高低温热震通常会导致涂层开裂或脱落。此外，对具有直角、尖点等特殊形状结构的热电元件很难保证涂层的连续性、均匀性和致密性。对热电器件的电极材料而言，其氧化问题也无法通过涂层完全解决。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：中国专利公开CN 104465976 A。

发明内容

发明要解决的问题：

鉴于以上存在的问题，本发明的目的在于提供一种寿命长、可靠性高的一体化封装结构热电器件及其制备方法，使其在工作温度范围内可以长时间稳定工作，克服仅能在热电材料上进行涂层防护等诸多技术问题。