[实用新型]一种隔热的半导体热电/电热转换元件

说明书

本实用新型提供了一种隔热的半导体热电/电热转换元件，包括由上下两片端绝缘体和封装组成的空间，两片端绝缘体的内壁上均紧贴有多个外电极，其特征在于：位于所述的上下两片端绝缘体上的任意相邻两个外电极之间连接有一对上下设置的N型半导体或P型半导体，每对N型半导体或P型半导体之间均设有一对内电极，每对内电极之间通过内导线连接，N型半导体和P型半导体之间间隔设置，所有的N型半导体和P型半导体通过外电极形成串联结构。本实用新型的空间阻断了热量从温度较高的端绝缘体往温度较低的端绝缘体的传递路径，提高了电热转换的效率。

技术领域

本实用新型涉及一种隔热的半导体热电/电热转换元件，是一种基于帕尔贴效应和塞贝克效应的半导体热电/电热转换元件，属于半导体材料和电子元器件技术领域。

背景技术

珀耳帖效应是指当有电流通过不同材料的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同材料的导体的接头处，随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。简单地说，就是在外加电场作用下，电子发生定向运动，将一部分内能带到电场另一端。图1所示的就是利用这一原理，用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体制冷或制热装置。

塞贝克效应是珀耳帖效应的逆过程。塞贝克效应又称作第一热电效应，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。这是托马斯·约翰·塞贝克在1821年发现的。对于半导体材料，简单地说，就是在温度梯度下半导体内的载流子从热端向冷端运动，直到与内部电场达到动态平衡时，半导体两端形成稳定的温差电动势。图2所示的就是利用这一原理，用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体温差发电装置。

目前，用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体制冷或制热装置或者温差发电装置的效率都不高。其中一个主要的原因就是热量的传导损失。图1所示的用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体制冷或制热装置中，两个大箭头表示有效的热量传递。在通电后，作为热端的下部端绝缘体1的温度高于作为冷端的上部端绝缘体1的温度，一部分热量就从热端逆向传递到了冷端，或者说是一部分冷量就从冷端逆向传递到了热端，浪费了帕尔贴效应产生的温差，降低了半导体制冷或制热装置的效率。图2所示的用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体温差发电装置也存在同样的问题。两个大箭头表示有效的热量流动产生温差的过程。吸收周围热源的热量，下部端绝缘体1的温度高；向周围冷源散热，上部端绝缘体1的温度低，因为塞贝克效应，上下两个端绝缘体1之间的温差在半导体温差发电装置中形成稳定的电动势。但是同时一部分热量则直接通过半导体温差发电装置从热源直接传递到了冷源，这不仅浪费了热量，而且减小了热端与冷端的温差，导致温差电动势降低和半导体温差发电装置的效率低下。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：如何减少半导体热电/电热转换元件内部的热传导，提高用P型和N型半导体为主要材料制成的半导体制冷/制热装置或者温差发电装置的效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案提供了一种隔热的半导体热电/电热转换元件，包括由上下两片端绝缘体和封装组成的空间，两片端绝缘体的内壁上均紧贴有多个外电极，其特征在于：位于所述的上下两片端绝缘体上的任意相邻两个外电极之间连接有一对上下设置的N型半导体或P型半导体，每对N型半导体或P型半导体之间均设有一对内电极，每对内电极之间通过内导线连接，N型半导体和P型半导体之间间隔设置，所有的N型半导体和P型半导体通过外电极形成串联结构。

优选地，每对所述的N型半导体均由两个上下对齐设置的N型半导体组成；每对所述的P型半导体均由两个上下对齐设置的P型半导体组成。

优选地，所述的空间是真空状态。

优选地，每对所述的内电极之间设有隔热绝缘层，隔热绝缘层内部设有多个过孔，每个过孔内设有用于连接上下两个内电极的内导线。