CN101521259B - 一种薄膜温差电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜温差电池及其制作方法，在基片上镀制P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜的PN结，可以有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，以及分别从基片上面、最后一个三层膜的PN结的最外薄膜层引出电极。该方法采用镀制P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜的PN结，来形成温差电偶，在镀制绝缘材料薄膜层过程中，不必有专门连接P型和N型热电材料的过程，使得制造该温差电池的工艺比较简单，由于薄膜热电材料的特性，且多层膜结构为多个三层膜的PN结串联结构，使得制作出的薄膜温差电池的性能也大幅度提高。
Description
技术领域
本发明涉及温差电技术领域，特别涉及一种薄膜温差电池及其制作方法。
背景技术
温差电池就是利用温度差异制成的电池，由于塞贝克效应，使热能直接转化为电能的装置。温差电池的工作原理是，将两种不同的金属或两种不同类型的热电转换材料P型和N型半导体的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温。由于高温端的热激发作用较强，空穴和电子浓度也比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差；如果将许多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机。
温差电池作为一种清洁能源，具有无噪音、无有害物质排放、可靠性高、寿命长等一系列优点，它能长期、安全、连续地提供稳定的电能输出。目前，主要是将热电材料线切割成片，再焊接，形成温差电池；制作微型温差电池的方法中，主要有两类，一类方法是：在同一个基片上涂敷感光胶，通过两次光刻的方法在感光胶上先后形成P型和N型微区，之后又先后在P型和N型微区内沉积P型和N型温差电材料。这种制造方法难度大，特别是在连接温差电单体的导电层制造工序中，需要把基片与其上已沉积好的温差电单体整个剥离；另一类方法是：P型温差电单体基片和N型温差电单体基片分开独立制造，使得在微型薄膜温差电池的制造过程中，连接P型和N型温差电单体的导电层的制造在基片与温差电单体不剥离的条件下就可以进行。利用上述方法制造温差电池的工艺复杂，单体温差电池的薄膜部分也只涉及单层薄膜，温差电池的性能也受到了限制。
发明内容
本发明的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提供了一种薄膜温差电池及其制作方法，该薄膜温差电池的性能得到了提高，且该制作工艺简单。
本发明的技术方案如下：
一种薄膜温差电池，包括基片，
所述基片的一面依次并反复镀制有P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层；
一组所述P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；
相邻两个所述PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且所述相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联；
从所述基片一面的最后一个三层膜最外的薄膜层引出一个电极和从所述基片的上面引出另一个电极。
其中，所述基片的厚度为：0.1mm至100mm，所述P型热电材料薄膜层的厚度为：1nm至10μm；所述N型热电材料薄膜层的厚度为：1nm至10μm。
其中，所述基片的形状是规则的矩形、或者方形、或者是任意的不规则形状。
其中，所述基片裸露的侧面形状是平面或者是曲面。
其中，所述基片为绝缘材料基片、P型热电材料基片或者N型热电材料基片。
另一种薄膜温差电池，包括基片，
所述基片的两面依次并反复镀制有P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层；
一组所述P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；
相邻两个所述PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且所述相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联；
分别从所述基片两面的最后一个三层膜的PN结的最外的薄膜层引出电极。
一种薄膜温差电池的制作方法，包括步骤：
选用基片，将所述基片的侧面遮挡住；
在所述基片一面预留一电极；
在所述基片预留电极的面镀制P型热电材料薄膜层；
挡住所述基片及已镀薄膜层的一端和全部侧面，在所述P型热电材料薄膜层上镀制绝缘材料薄膜层；
挡住基片及已镀薄膜层的侧面，在镀制的绝缘材料薄膜层上镀制N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在前述被挡住的一端连接，形成一个PN结；
重复上述过程形成多个PN结；
在相邻两个所述PN结间镀制一层绝缘材料薄膜层相隔，且镀制所述相隔绝缘材料薄膜层时，挡住所述基片及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，与所述相隔绝缘材料薄膜层相邻的两个三层膜PN结从所述被挡端连接，形成所述两个PN结间的串联。
从最后一个三层膜的PN结的最外的薄膜层引出另一电极。形成薄膜温差电池的主体结构。
另一种薄膜温差电池的制作方法，包括步骤：
选用基片，将所述基片的侧面遮挡住；
在所述基片的一面镀制P型热电材料薄膜层；
挡住所述基片及已镀薄膜层的一端和全部侧面，在所述P型热电材料薄膜层上镀制绝缘材料薄膜层；
挡住基片及已镀薄膜层的侧面，在镀制的绝缘材料薄膜层上镀制N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在前述被挡住的一端连接，形成一个PN结；
重复上述过程形成多个PN结；
在相邻两个所述PN结间镀制一层绝缘材料薄膜层相隔，且镀制所述相隔绝缘材料薄膜层时，挡住所述基片及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，与所述相隔绝缘材料薄膜层相邻的两个三层膜PN结从所述被挡端连接，形成所述两个PN结间的串联；
在所述基片的另一面重复上述过程再形成多个串联的三层膜PN结，分别从所述基片两面的最后一个三层膜的PN结的最外的薄膜层引出电极。形成薄膜温差电池的主体结构。
本发明的有益效果为：本发明提供的薄膜温差电池及其制作方法是在基片上镀制P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜的PN结，可以有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，以及分别从基片上面、最后一个三层膜的PN结的最外薄膜层引出电极。本发明采用镀制P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜的PN结，来形成温差电偶，在镀制绝缘材料薄膜层过程中，采取有意遮挡基片及已镀薄膜层的一端或另一端的方法，使P型或N型材料在基片及已镀薄膜层的一端或另一端直接沉积，成为一个PN结的连接端或两个PN结间的串联端，不必有专门连接P型和N型热电材料的过程，使得制造该温差电池的工艺比较简单，由于薄膜热电材料的特性，且多层膜结构为多个三层膜的PN结串联结构，使得制作出的薄膜温差电池的性能也大幅度提高。
附图说明
图1a-图1i为本发明实施例一提供的制作薄膜温差电池的过程示意图；
图2a-图2h为本发明实施例二提供的制作薄膜温差电池的过程示意图；
图3a-图3g为本发明实施例三提供的制作薄膜温差电池的过程示意图；
图4a-图4h为本发明实施例四提供的制作薄膜温差电池的过程示意图；
图5a-图5g为本发明实施例五提供的制作薄膜温差电池的过程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种薄膜温差电池及其制作方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
实施例一：
本发明实施例一的具体制作工艺过程如图1a-图1i所示，其中图1i是该薄膜温差电池的端面结构示意图，该实施例提供的薄膜温差电池包括：绝缘基片101，引出电极102，P型热电材料薄膜层103，绝缘材料薄膜层104，N型热电材料薄膜层105，绝缘材料薄膜层106，P型热电材料薄膜层107，绝缘材料薄膜层108，N型热电材料薄膜层109，引出电极110。
图1a是在绝缘基片1一面预留电极102；
图1b是在绝缘基片的预留电极面，镀制P型热电材料薄膜层103；
图1c是在镀制的P型热电材料薄膜层103上镀制绝缘材料薄膜层104；
图1d是在镀制的绝缘材料薄膜层104上镀制N型热电材料薄膜层105；
图1e在N型热电材料薄膜层105的基础上再镀制绝缘材料薄膜层106；
图1f在绝缘材料薄膜层106的基础上镀制P型热电材料薄膜层107；
图1g在P型热电材料薄膜层107上镀制绝缘材料薄膜层108；
图1h在绝缘材料薄膜层108上镀制N型热电材料薄膜层109；
图1i重复镀制106-109的步骤，形成绝缘材料薄膜层116，P型热电材料薄膜层117，绝缘材料薄膜层118，N型热电材料薄膜层119。
P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个三层膜的PN结；
相邻两个PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联；
从最后一个三层膜的PN结的N型热电材料薄膜层119引出另一电极110。形成如图1i所示的薄膜温差电池的主体结构。
之后可进行划片、装架、封装等常规后续工艺步骤，完成本发明薄膜温差电池的制作。
温差电池的材料一般有金属和半导体两种。本发明实施例所指的P型和N型热电材料，可以是两种不同的金属材料或者两种不同的半导体材料，即采用镀制两种不同的金属材料薄膜或两种不同的半导体材料来形成温差电偶。制作过程中，可以依次先镀制P型热电材料薄膜，后镀制N型热电材料薄膜；也可以依次先镀制N型热电材料薄膜，后镀制P型热电材料薄膜。
P型和N型热电材料薄膜的制作技术，可以采用薄膜制作的各种工艺。用于制作热电薄膜的技术主要有真空蒸发镀膜法、分子束外延法(MBE)、磁控溅射法、离子束溅射法、脉冲激光沉积法、电化学原子层外延法(ECALE)、金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)和连续离子层吸附与反应法(SILAR)等。
本发明实施例提供：以实施例一结合离子束溅射法，描述该薄膜温差电池具体制作的过程：
设备为超高真空离子束溅射镀膜机。选用塞贝克系数分别为P型和N型的金属Sb、Bi和绝缘材料Al2O3为靶材，靶材纯度为99.99％，分别安置在可转动选择溅射靶材的靶位。以普通钠钙玻璃作为基片，有机溶剂对基片进行超声波清洗，然后放入镀膜室内夹具上；夹具被设计有可以分别对基片的两端和侧面进行有意遮挡的装置，便于可以分别对基片的两端和侧面进行有意遮挡。镀膜在室温条件下，依次调整靶材，采用离子束溅射方法进行。镀膜流程为：
步骤1：如图1a所示，玻璃基片101一面预留电极102，遮挡基片101的全部侧面；
步骤2：如图1b所示，在基片101的预留电极102面，镀制Sb薄膜层103，厚度为300nm；
步骤3：如图1c所示，遮挡基片101及已镀Sb薄膜层103的一端及全部侧面，在已镀制的Sb薄膜层103上镀制Al2O3薄膜层104，厚度为500nm；
步骤4：如图1d所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在已镀制的Al2O3薄膜层104上镀制Bi薄膜层105，厚度为300nm，Sb薄膜层103和Bi薄膜层105在Al2O3薄膜层104的一端沉积连接形成第一个PN结；
步骤5：如图1e所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，在Bi薄膜层105的基础上再镀制Al2O3薄膜层106，厚度为500nm；
步骤6：如图1f所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在Al2O3薄膜层106的基础上镀制Sb薄膜层107，厚度为300nm；，Sb薄膜层107和Bi薄膜层105在Al2O3薄膜层106的一端沉积连接，将成为第一个PN结与第二个PN结间的连接端；
步骤7：如图1g所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的一端及全部侧面，在Sb薄膜层107上镀制Al2O3薄膜层108，厚度为500nm；
步骤8：如图1h所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在Al2O3薄膜层108上镀制Bi薄膜层109，厚度为300nm，Sb薄膜层107和Bi薄膜层109在Al2O3薄膜层108的一端沉积连接形成第二个PN结；
第一个PN结和第二个PN结通过Al2O3薄膜层106的一端串联连接；
步骤9：如图1i所示，重复本制作过程的镀制106-109的步骤5-8，形成Al2O3薄膜层116，Sb薄膜117，Al2O3薄膜层118，Bi薄膜119，就可完成一个PN结与已沉积的PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔。沉积制作的本底真空度4.5×10-4Pa，工作真空4.1×10-2Pa。工作气体为99.99％的高纯Ar气，流量为4sccm。离子束沉积工艺参数：屏极电压1KV，阳极电压75V，加速电压220V，阴极电压7V，阴极电流11A，束流14mA。
得到在基片101镀制一个或多个三层膜的PN结串联结构后，从最后一个PN结的Bi薄膜层119引出另一电极110，就形成了如图1i所示的薄膜温差电池的主体结构。
上述制作过程中，可以依次先镀制P型热电材料薄膜层，后镀制N型热电材料薄膜层；也可以依次先镀制N型热电材料薄膜层，后镀制P型热电材料薄膜层。
本发明实施例还提供：以实施例一结合磁控溅射法，描述该薄膜温差电池具体制作过程：
设备为三靶磁控溅射镀膜机。选用金属Sb、Bi和Al为靶材，靶材纯度为99.99％，分别安置在三个直流溅射靶位。以普通钠钙玻璃作为基片，有机溶剂对基片进行超声波清洗，然后放入镀膜室内夹具上；夹具被设计有可以分别对基片的两端和侧面进行有意遮挡的装置，便于可以分别对基片的两端和侧面进行有意遮挡。在室温条件下，沉积制作薄膜的本底真空度4.5×10-3Pa，工作真空4.5×10-1Pa。镀制Sb、Bi薄膜，采用直流溅射方法进行，工作气体为99.99％的高纯Ar气，流量为50sccm；镀制的Al2O3薄膜，采用直流反应溅射方法进行，工作气体为99.99％的高纯Ar气，流量为50sccm，反应气体为99.99％的高纯O2，流量为50sccm。镀膜流程为：
步骤1：如图1a所示，玻璃基片101一面预留电极102，遮挡基片101的全部侧面；
步骤2：如图1b所示，在基片101的预留电极102面，镀制Sb薄膜层103，厚度为300nm；
步骤3：如图1c所示，遮挡基片101及已镀Sb薄膜层103的一端及全部侧面，在已镀制的Sb薄膜层103上镀制Al2O3薄膜层104，厚度为500nm；
步骤4：如图1d所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在已镀制的Al2O3薄膜层104上镀制Bi薄膜层105，厚度为300nm，Sb薄膜层103和Bi薄膜层105在Al2O3薄膜层104的一端沉积连接形成第一个PN结；
步骤5：如图1e所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，在Bi薄膜层105的基础上再镀制Al2O3薄膜层106，厚度为500nm；
步骤6：如图1f所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在Al2O3薄膜层106的基础上镀制Sb薄膜层107，厚度为300nm；，Sb薄膜层107和Bi薄膜层105在Al2O3薄膜层106的一端沉积连接，将成为第一个PN结与第二个PN结间的连接端；
步骤7：如图1g所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的一端及全部侧面，在Sb薄膜层107上镀制Al2O3薄膜层108，厚度为500nm；
步骤8：如图1h所示，遮挡基片101及已镀薄膜层的全部侧面，在Al2O3薄膜层108上镀制Bi薄膜层109，厚度为300nm，Sb薄膜层107和Bi薄膜层109在Al2O3薄膜层108的一端沉积连接形成第二个PN结；
第一个PN结和第二个PN结通过Al2O3薄膜层106的一端串联连接；
步骤9：如图1i重复本过程中镀制106-109的步骤5-步骤8，形成Al2O3薄膜层116，Sb薄膜117，Al2O3薄膜层118，Bi薄膜119，就可完成一个PN结与已沉积的PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔。
得到在基片101镀制一个或多个三层膜的PN结串联结构后，从最后一个PN结的Bi薄膜层119引出另一电极110，就形成了如图1i所示薄膜温差电池的主体结构。
该制作过程中，可以依次先镀制P型热电材料薄膜层，后镀制N型热电材料薄膜层；也可以依次先镀制N型热电材料薄膜层，后镀制P型热电材料薄膜层。
实施例二：
该薄膜温差电池不但可以在绝缘基片上制作，也可以在P型热电材料(或金属)的基片上或N型热电材料(或金属)的基片上制作。如果是在P型热电材料的基片上制作，该P型热电材料基片新型薄膜温差电池的断面构造示意图如图2h所示。该实施例提供的薄膜温差电池包括：P型热电材料基片201，绝缘材料薄膜层202，N型热电材料薄膜层203，绝缘材料薄膜层204，P型热电材料薄膜层205，绝缘材料薄膜层206，N型热电材料薄膜层207，引出电极208、209。其中：
图2a是在P型热电材料基片201的一面镀制绝缘材料薄膜层202；
图2b是在镀制的绝缘材料薄膜层202上镀制N型热电材料薄膜层203；
图2c是在镀制的N型热电材料薄膜层上203镀制绝缘材料薄膜层204；
图2d是在镀制的绝缘材料薄膜层204上镀制P型热电材料薄膜层205；
图2e在镀制的P型热电材料薄膜层205上镀制绝缘材料薄膜层206；
图2f在镀制的绝缘材料薄膜层206的基础上镀制N型热电材料薄膜层207；
图2g重复本制作过程镀制204-207的步骤，形成绝缘材料薄膜层214，P型热电材料薄膜215，绝缘材料薄膜层216，N型热电材料薄膜217，
完成一个PN结与已沉积的PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结的串联，串联的每个三层膜的PN结间，有一层绝缘材料薄膜层相隔。所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；相邻两个PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联。
从最后一个三层膜的PN结的N型热电材料薄膜层217引出电极208，在P型热电材料基片201没镀膜的一面引出电极209，形成如图2h所示以P型热电材料为基片的薄膜温差电池的主体结构。
作为本实施例二的一种改进，如果将N型热电材料作为基片，制作步骤只要P型热电材料薄膜层与N型热电材料薄膜层依次对调即可。
实施例三：
本发明实施例还可以有其他变化型式。如：在图2g所示P型热电材料作为基片的薄膜温差电池结构的基础上，在该P型热电材料基片201另一面同样镀制有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，形成实施例三提供的薄膜温差电池。如图3g所示，该实施例提供的薄膜温差电池包括：P型热电材料作为基片的薄膜温差电池结构的基础301，绝缘材料薄膜层302，N型热电材料薄膜层303，绝缘材料薄膜层304，P型热电材料薄膜层305，引出电极306、307。
图3a就是图2gP型热电材料基片的薄膜温差电池结构基础301
图3b是在实施例二提供的P型热电材料基片的薄膜温差电池结构为基础301的另一面镀制绝缘材料薄膜层302；
图3c是在镀制的绝缘材料薄膜层302上镀制N型热电材料薄膜层303；
图3d是在镀制的N型热电材料薄膜层303上镀制绝缘材料薄膜层304；
图3e是在镀制的绝缘材料薄膜层304上镀制P型热电材料薄膜层305；
图3f重复镀制302-305的步骤，形成绝缘材料薄膜层312，P型热电材料薄膜层313，绝缘材料薄膜层314，N型热电材料薄膜层315，就可完成一个PN结与已沉积PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结的串联，串联的每个三层膜的PN结间，有一层绝缘材料薄膜层相隔。其中，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；相邻两个PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联。
从P型热电材料基片两面各自的最后一个三层膜的PN结的N型热电材料薄膜层引出电极306、307，形成如图3g所示的双面镀制的P型热电材料基片的薄膜温差电池主体结构。
作为本实施例三的一种改进，如果是N型热电材料的基片，制作步骤只要P型与N型热电材料薄膜依次对调即可。
实施例四：
实施例一的绝缘基片薄膜温差电池也可以有如下结构：
如图4h所示是本发明的绝缘基片的薄膜温差电池的另一种构造断面示意图。该实施例四提供的薄膜温差电池包括：绝缘基片401，P型热电材料薄膜402，N型热电材料薄膜403，绝缘材料薄膜层404，P型热电材料薄膜层405，绝缘材料薄膜层406，N型热电材料薄膜层407，引出电极408、409。其中：
图4a是在绝缘基片401的一面镀制P型热电材料薄膜层402；
图4b是在绝缘基片401的另一面，镀制N型热电材料薄膜层403；
图4c是在镀制的N型热电材料薄膜层403上镀制绝缘材料薄膜层404；
图4d是在镀制的绝缘材料薄膜层404上镀制P型热电材料薄膜层405；
图4e在P型热电材料薄膜层405的基础上再镀制绝缘材料薄膜层406；
图4f在绝缘材料薄膜层406的基础上镀制N型热电材料薄膜层407；
图4g重复镀制404-407的步骤，形成绝缘材料薄膜层414，P型热电材料薄膜415，绝缘材料薄膜层416，N型热电材料薄膜417，就可完成一个PN结与已沉积PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结的串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔。所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；相邻两个PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联。从绝缘基片两面各自的最后一个三层膜的PN结的N型热电材料薄膜层引出电极408、409，
实施例五：
在图4g所示结构的基础上，在绝缘基片的另一面镀有P型热电材料薄膜的基础上，同样镀制多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔。如图5g所示。该实施例五提供的薄膜温差电池包括：以图4g薄膜温差电池结构的基础501，绝缘材料薄膜层502，N型热电材料薄膜层503，绝缘材料薄膜层504，P型热电材料薄膜层505，引出电极506、507。
图5a是图4g薄膜温差电池结构的基础501；
图5b是在图4g薄膜温差电池的绝缘基片另一面镀有P型热电材料薄膜层的基础501上，镀制绝缘材料薄膜层502；
图5c是在镀制的绝缘材料薄膜层502上镀制N型热电材料薄膜层503；
图5d是在镀制的N型热电材料薄膜层503上镀制绝缘材料薄膜层504；
图5e是在绝缘材料薄膜层504上镀制P型热电材料薄膜层505；
图5f重复镀制502-505的步骤，形成绝缘材料薄膜层512，N型热电材料薄膜层513，绝缘材料薄膜层514，P型热电材料薄膜层515，就可完成一个PN结与已沉积PN结的串联，可以有多个三层膜的PN结串联，串联的每个三层膜的PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔。其中，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；相邻两个PN结间有一层绝缘材料薄膜层相隔，且相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联。
从绝缘基片两面各自的最后一个三层膜的PN结的N型热电材料薄膜层引出电极506、507，形成如图5g所示双面镀制绝缘基片的薄膜温差电池的主体结构。
本实施例五提供薄膜温差电池的制作过程中，可以依次先镀制P型热电材料薄膜层，后镀制N型热电材料薄膜层；也可以依次先镀制N型热电材料薄膜层后镀制P型热电材料薄膜。
上述所有实施例中，基片材料的形状是规则的矩形、或者方形、或者是任意的不规则形状。所述基片的厚度为：0.1mm至100mm，也可以选用更厚或更薄的基片。所述基片为绝缘材料基片、P型热电材料基片或者N型热电材料基片，也可以选用其他材料基片。薄膜温差电池结构中的每个PN结的P型和N型热电材料可以是相同的，也可以是不同的。即在整个薄膜温差电池结构中，有的PN结由两种不同金属薄膜层和绝缘材料薄膜层组成，有的PN结由另一对P型和N型热电材料薄膜层和绝缘材料薄膜层组成。镀制绝缘材料薄膜层时，总有一端要被有意遮挡。其中实施例二至实施例五的制作过程也可以和实施例一一样利用磁控溅射法和离子束溅射法来具体完成该实施例二至实施例五的制作过程，也可以利用其他的方法。如：真空蒸发镀膜法、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法、电化学原子层外延法(ECALE)、金属有机化合物气相沉积法(MOCVD)和连续离子层吸附与反应法(SILAR)等。完成上述方法后，可进行划片、装架、封装等常规后续工艺步骤。
热电现象本身是可逆的，半导体温差发电和半导体致冷是热电现象的两个方面，互相可逆。对于同一个PN结，若施加温差则可用来发电，若对其通电，则可用于在一端致冷。因此，本实施例的温差电池的主体结构，同时也就是温差电致冷器的主体结构。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种薄膜温差电池，其特征在于，包括基片，
所述基片的一面依次并反复镀制有P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层；
一组所述P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；
相邻两个所述PN结间镀有一层绝缘材料薄膜层相隔，且所述相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联；
从所述基片的一面最外的薄膜层引出一个电极和从所述基片镀制有热电材料薄膜层的一面上引出另一个电极。
2.如权利要求1所述温差电池，其特征在于，所述基片的厚度为：0.1mm至100mm，所述P型热电材料薄膜层的厚度为：1nm至10μm；所述N型热电材料薄膜层的厚度为：1nm至10μm。
3.如权利要求1所述薄膜温差电池，其特征在于，所述基片的形状是规则的矩形。
4.一种薄膜温差电池，其特征在于，包括基片，
所述基片的两面依次并反复镀制有P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层；一组所述P型热电材料薄膜层、绝缘材料薄膜层和N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在绝缘材料薄膜层的一端连接，形成一个PN结；
相邻两个所述PN结间镀有一层绝缘材料薄膜层相隔，且所述相隔绝缘材料薄膜层两侧的三层膜PN结从所述相隔绝缘材料薄膜层的一端连接，形成所述PN结间的串联；
分别从所述基片两面的最外的薄膜层引出电极。
5.一种薄膜温差电池的制作方法，其特征在于，包括步骤：
选用基片，将所述基片的侧面遮挡住；
在所述基片一面预留一电极；
在所述基片预留电极的面镀制P型热电材料薄膜层；
挡住所述基片及已镀薄膜层的一端和全部侧面，在所述P型热电材料薄膜层上镀制绝缘材料薄膜层；
挡住基片及已镀薄膜层的侧面，在镀制的绝缘材料薄膜层上镀制N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在前述被挡住的一端连接，形成一个PN结；
重复上述过程形成多个PN结；
在相邻两个所述PN结间镀制一层绝缘材料薄膜层相隔，且镀制所述相隔绝缘材料薄膜层时，挡住所述基片及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，与所述相隔绝缘材料薄膜层相邻的两个三层膜PN结在前述被挡住的另一端连接，形成所述两个PN结间的串联；
从最后一个三层膜的PN结的最外的薄膜层引出另一电极，形成薄膜温差电池的主体结构。
6.一种薄膜温差电池的制作方法，其特征在于，在基片的两面镀制多层膜，包括步骤：
选用基片，将所述基片的侧边遮挡住；
在所述基片的一面镀制P型热电材料薄膜层；
挡住所述基片及已镀薄膜层的一端和全部侧面，在所述P型热电材料薄膜层上镀制绝缘材料薄膜层；
挡住基片及已镀薄膜层的侧面，在镀制的绝缘材料薄膜层上镀制N型热电材料薄膜层形成一个三层膜，所述三层膜的P型热电材料薄膜层和N型热电材料薄膜层在前述被挡住的一端连接，形成一个PN结；
重复上述过程形成多个PN结；
在相邻两个所述PN结间镀制一层绝缘材料薄膜层相隔，且镀制所述相隔绝缘材料薄膜层时，挡住所述基片及已镀薄膜层的另一端及全部侧面，与所述相隔绝缘材料薄膜层相邻的两个三层膜PN结在前述被挡住的另一端连接，形成所述两个PN结间的串联；
从最后一个三层膜的PN结的最外的薄膜层引出一电极；
在所述基片的另一面重复上述过程再形成多个串联的三层膜PN结，从所述基片另一面的最后一个三层膜PN结的最外的薄膜层引出另一电极，形成薄膜温差电池的主体结构。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN CAIHUANG INDUSTRIAL DEVELOPMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN UNIV Effective date: 20110722 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518060 NO. 3688, NANHAI AVENUE, NANSHAN DISTRICT, SHENZHEN CITY, GUANGDONG PROVINCE TO: 518000 CAIHUANG INDUSTRIAL PARK, HAORIZI AVENUE, QINGHU NEIGHBORHOOD COMMITTEE, LONGHUA SUBDISTRICT OFFICE, SHENZHEN CITY |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110722 Address after: 518000, Shenzhen Longhua street, Clear Lake neighborhood committee, good day Avenue, color Huang industrial park Patentee after: Shenzhen Caihuang Industrial Development Co., Ltd. Address before: 518060 Nanhai Road, Guangdong, Shenzhen, No. 3688, No. Patentee before: Shenzhen University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180726 Address after: 518000 Guangdong Shenzhen Longhua New District Longhua Street Qing Hu community Qing Lake Village Choi Huang office building 101 Patentee after: Shenzhen color Huang power and Power Technology Co., Ltd. Address before: 518000 Longhua street, Shenzhen, Qing Lake neighborhood committee good days Avenue Choi Huang industrial park Patentee before: Shenzhen Caihuang Industrial Development Co., Ltd. |