[发明专利]温差发电装置

说明书

本发明涉及温差发电装置，具备：集热器，为底部热板；热电转换材料，包括沿着底部热板的延伸方向交替间隔排列的、具有取向性且取向方向平行于延伸方向的P型热电转换材料和N型热电转换材料；绝热绝缘层，其设于热电转换材料与底部热板之间；电极，其电连接相邻的P型热电转换材料与N型热电转换材料，热电转换材料的侧面与电极的侧面电、热接触。

技术领域

本发明属于薄膜热电器件技术领域，具体涉及一种温差发电装置。

背景技术

热电转换技术是利用半导体材料的塞贝克(Seebeck)效应和珀尔帖(Peltier)效应将热能和电能直接转换的技术，具有无噪声、无有害物质排放、可靠性高、寿命长等一系列优点，在工业余废热的利用和移动分散式热源利用等方面有难以取代的作用。

热电材料的性能与塞贝克系数α，电导率σ和热导率κ三个参数有关，用热电优值ZT(ZT = α²σT/κ )这一无量纲参数描述。

实际应用中，将热电材料加工成热电器件。热电器件的性能用输出电压来表征，其计算公式为V = nαΔT。其中，V代表器件的输出电压值，n代表热电偶对的对数，α代表材料的塞贝克系数，ΔT代表集冷热两端的温差。

基于热电材料本身的特性，制造成本高，转换效率低，限制了温差电池的大规模使用。而近年来，薄膜温差电池的研究成为了温差器件领域的重要研究方向之一，期望应用于便携式电子产品和可穿戴电子产品。

目前，薄膜热电器件主要的热传导方向是垂直于基片（即、热电薄膜）表面，制备方式简单，因此大部分热电产品都是基于此结构制备的。但是此结构带来的问题是无法消除的大量热辐射，由于热电薄膜垂直方向只有500 nm~100 μm的高度差，P型和N型热电薄膜虽然具有较小的热导率，但是冷端与热端非常接近，热端的热辐射热量已经接近了由热电薄膜本身传导的热量，无法保持冷端与热端的温度差，因此虽然热电薄膜具有较高的优值和转换效率，但是较小的温度差使在实际应用中的温差电池的输出功率仍较小。

另外，对于一些具有各向异性的热电材料（如大部分有机薄膜材料），其在平行于基片（薄膜）的电阻显著低于垂直方向的电阻，在平行于基片（即、热电薄膜）表面的方向具有更优异的电、热输运。

发明内容

发明要解决的问题：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够有效地保持热电模块的温差，从而提高温差发电装置的性能的温差发电装置。

解决问题的手段：

为实现如上发明目的，本发明提供的一种温差发电装置，具有：集热器，所述集热器为底部热板；热电转换材料，包括沿着所述底部热板的延伸方向交替间隔排列的、具有取向性且取向方向平行于所述延伸方向的P型热电转换材料和N型热电转换材料；绝热绝缘层，设于所述热电转换材料与所述底部热板之间；电极，电连接相邻的所述P型热电转换材料与N型热电转换材料，所述热电转换材料的侧面与所述电极的侧面电、热接触。

根据本发明的温差发电装置，能够使热传导方向平行于基片（热电材料），能够有效保持热电器件冷端与热端的温度差，并有效利用横向取向热电转换材料（如大部分有机薄膜材料）在横向方向上低的电阻，提高器件转换效率，最终实现在可穿戴电子能源领域的应用。

进一步地，所述底部热板包括各自表面带有凸起柱的集热基板和散热基板，其中所述凸起柱各自朝向内侧凸出设置。上下基底和凸起柱是一体同材质的，也就是集热基板和散热基板，共同用于集热和散热。

优选地，所述P型/N型热电转换材料与底部热板的凸起柱之间的接触为紧密电、热接触。

进一步地，所述绝热绝缘层还包括设于所述凸起柱之间的填充部分。

进一步地，所述集热器为良导热体，包括铜，铝，铜-铝合金，或白钢。