[实用新型]热电器件及其电极

说明书

本实用新型公开了一种热电器件及其电极。本实用新型热电器件电极包括以此层叠结合的half‑Heusler基质层、焊料层和电极层，在所述half‑Heusler基质层与焊料层之间还层叠结合有阻挡层，所述阻挡层为钛镍合金层。本实用新型热电器件电极所含的钛镍合金层结构能够使得电极层与half‑Heusler基质层接触界面之间具有良好的热膨胀匹配，而且在界面之间形成的扩散层厚度小，界面接触电阻小，而且扩散层厚度能够随服役时间的延长保持稳定，使得界面稳定高，从而赋予实用新型热电器件高的热电转换效率。

技术领域

本实用新型属于热电转换技术领域，具体的是涉及一种热电器件电极和热电器件。

背景技术

热电发电是利用半导体热电转换材料将材料两端的温差(热能)转化成电能的全静态发电方法，是一种环境友好型的绿色能源技术，对于缓解当前日益增长的不可再生的能源消耗压力和污染问题有着重大意义。该发电系统具有性能可靠、结构紧凑、无运动部件、无噪声、无泄漏、无磨损、移动性强等的特点，适用于汽车尾气废热和工业废热等的回收利用。

Half-Heusler基热电材料是一种具备优良热电性能(ZT～1)的中高温(600～ 800℃)热电材料之一，其组成元素兼具廉价、比重小及环境友好等特点，适用于中高温热电发电及废热回收等领域，研究人对half-Heusler热电材料的ZT值的提高进行了大量的研究。近年来，通过掺杂取代来形成纳米第二相、利用质量起伏或者能量过滤效应，增强声子散射来降低热导率，提高热电性能。到目前为止，这一体系N型ZrNiSn和P型FeNbSb在中高温段(600-800℃)ZT值最高分别达到1.2和1.5。HH合金ZT值的不断提高，为HH热电器件的应用奠定了基础。

高效率的half-Heusler热电转换器件目前不能大规模制造的主要问题在于电极的设计与制备和器件的整体封装。电极是用来连接n、p型热电材料两端，构成电流传输回路的重要组成部分。Half-heusler中高温热电器件通常工作在 600～800℃，因此，电极材料以及其与热电材料的连接界面的稳定、热膨胀系数的匹配、界面电阻和热阻等都将对器件的性能和可靠性产生不可忽视的影响。Joshi G利用热压直接连接Ag电极、Ag/Incusil钎料与P-type Hf_0.5Zr_0.5CoSn_0.2Sb_0.8、 N-type Ti_0.6Hf_0.4NiSn，其获得的连接界面反应严重，Ag及Incusil钎料的扩散深度约为4μm、40μm，接触电阻率大于50μΩ·cm²，该研究认为界面连接处严重的扩散反应是造成接触电阻率上升的主要原因。为了解决该问题，有人利用热压法实现了Ti与P-Hf_0.5Zr_0.5CoSb_0.8Sn_0.2、N-Ti_0.6Hf_0.4NiSn的连接。这一连接界面处扩散层厚度<100μm，接触电阻率～1μΩ·cm²，连接处强度～50MPa。该研究认为Ti与half-Heusler基热电材料有很好的热匹配，同时，其形成的扩散层没有对HH的性能产生影响同时又提高连接的强度以及阻止了Ti元素的进一步扩散，但该研究并未对扩散层结构及成分进行分析，也未进一步考核该连接的热稳定性，只是单次测试了器件的输出性能。经过测试发现，采用Ti与half-Heusler 基热电材料连接，虽然在服役初期扩散现象不明显，但是随着服役时间的延长， Ti与half-Heusler连接界面扩散现象严重，扩散层厚度增加，导致界面接触电阻率增大，导致热电器件性能不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种热电器件电极，以解决现有热电器件电极随着服役时间的延长导致扩散层的厚度随之增大，而导致界面接触电阻的增大，降低热电材料性能导致热电器件稳定性下降的技术问题。