CN101542763B - 热电元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

描述了利用多孔基体或多孔衬底制造的热电元件。该基体由耐热性和耐化学性充分高且热导率尽可能最低的电绝缘材料构成，并在预定区域中提供不同的热电材料，从而在基体中形成连续导体。将这些导体彼此电连接以形成热电偶，然后将热电偶彼此电互连以形成热电元件。该制造方法成本低廉且非常灵活，因此可以为最丰富的应用生产热电元件。

Description

热电元件及其制造方法
本发明涉及热电元件(下文中也称为“TE元件”)的制造以及该方法的产品和这些产品的使用。 
早在19世纪珀尔帖(Peltier)和塞贝克(Seebeck)就发现和介绍了热电效应(下文中也称为“TE效应”)。发现在流经不同金属、合金和半导体的组合(下文中也称为“ET材料”)的热流和电流之间存在一种关系。一方面，热流可以在TE材料的热端和冷端之间产生电势，可以将其以流经闭合电路的电流形式加以利用(塞贝克效应，温差发电机)。另一方面，向这种材料施加电势不仅引起电流而且引起热流；即，一个电接触面变得更热，另一个变得更冷(珀尔帖效应，珀尔帖元件)。 
热电装置也被称为测温用热传感器。此外，还可以将它们用作冷却用的热泵。可以在D.M.Rowe，CRC Press，2006的“Thermoelectrics handbook：macro to nano”中找到对科学研究和现有技术的详细论述。 
TE效应已经在众多应用中使用了很多年。 
例如，热电元件被用于温度测量。在功率需求低或由于其他原因不能使用压缩冷却系统的应用中珀尔帖元件可以进行加热/冷却。还知道有热电发电机(TEG)，其从现存的热流产生电流。 
热电元件和珀尔帖元件已经可以作为批量生产产品获得。TEG也将成为量产产品。不过，对于宽范围应用而言，它们相对于电输出功率的单位成本仍然太高，效率太低，尤其对于TEG而言。 
在本说明书中，也将热电元件、珀尔帖元件和热电发电机称为热电元件(下文中也称为“TE元件”)。 
被称为热电势的量，或换言之，可以产生的电压取决于TE材料的材料特定属性、塞贝克系数和温度差。高的塞贝克系数和大温差导致高温差电势。为了能够汲取大的电功率，大的热流必需要通过绝热容量非常好的材料。这必然意味着必需要提供大的面积或/和应当存在非常高的塞贝克系数。对于当前制造TE元件的方法而言，或者在实践中不能制造大面积元件， 或者制造这种TE元件会导致昂贵的制造成本。因此，过去一些年的研究开发主要集中在利用新的TE材料增大塞贝克系数上。 
近年来，纳米技术的发展伴随着TE材料效率的值得注意改善。通过薄膜涂层或纳米管技术，与传统“体”材料相比，能够生产具有更好TE效应的二维或一维热电结构。基于这些薄膜涂层的制造法也未解决制造大面积廉价元件的问题。对于应用而言，这些方法集中在诸如芯片冷却器或用于微处理器或手表的电流发生器的微部件的制造。可以在DE 10232445A1中找到公知制造法的范例。 
因此，在可以被用作微部件的领域中，热电发电机和珀尔帖元件已经获得了广泛应用。在制造成本不是决定性的场合，例如在太空飞行和卫星技术中，热电元件已经成功使用了几十年。例如，将核反应堆用作热源。 
不过此外还有很多潜在的TE元件应用。由于能源不断减少，同时对能量的需求在增加，人们会对使用热电发电机作为可再生能源产生特别的兴趣。可以找到很多未开发的热源，可以从其获得至少一些电流。范例包括： 
-释放到较冷环境中的热废气和废水。 
-太阳或其他源加热的区域。 
-用于和较冷底层结构绝热的底板和地毯。 
-利用大温差工作的工艺技术功能，例如低温介质(例如液化的天然气)的蒸发。 
-将机动车辆废气热量用作发电机(节约燃料)。 
在实践中已经测试过在机动车辆废气管中将TE元件用作发电机。在这种情况下，系统的制造成本仍然不利于引入汽车市场(就此而言，参见Francis R.Stabler，通用汽车公司，Mater.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.886，2006 Materials Research Society的“Commercialization ofThermoelectric Technology”)。 
除了难以制造大面积之外，已经应用的所有及其丰富的TE元件和潜在应用领域意味着另一个问题。不同的应用领域涉及非常不同的材料要求。在一些情况下，温度非常高，在1000℃以上(例如作为热源的核反应堆)；在其他情况下，温度水平非常低(例如低温蒸发器)。在一些情况下，可以利用大的温差；在其他情况下，必需针对小的可用温差优化材料成分。在 一些情况下，TE元件的刚性结构就足够了；在其他情况下，具有柔性TE元件会是有利的。此外，应当能够尽可能灵活地针对应用情况调节TE元件的外部形状、长度、宽度和厚度。结果是制造方法极其多种多样，有时制造方法对于个别应用而言是唯一的。这种状况使得TE元件的市场划分非常细，从商业经济学的角度来说，这使得开发生产方法要困难得多。 
近年来深入的研究与开发已开发出越来越强大的TE材料。不过，大部分研究与开发集中在开发新材料上，与制造方法和应用技术相关的问题所获得的关注较少。 
制造TE元件的常规方法通常由如下步骤构成： 
-(例如，在摇动炉中分批)制造以不同方式掺杂的TE材料， 
-在玻璃安瓿中对金属混合物进行气密熔融， 
-在玻璃安瓿中通过垂直带熔化进行晶体生长， 
-将通过这种方式获得的金属棒锯成几毫米厚的片(“晶片”)， 
-利用接触增强剂(例如镍)溅射晶片表面， 
-将晶片锯成立方体(“芯柱”)， 
-在掩模(基质)中交替设置n芯柱和p芯柱， 
-在芯柱基质两侧上沿电接触区和引线放置接触板， 
-烧结所获得的夹层结构，获得完成的合成物，以及 
-施加外部电绝缘层。 
前四个步骤是典型的清洁度要求高的半导体处理步骤，几乎没有自动化的潜力。而且显然，在后续步骤中必需要在极其多种的工件上进行大量的逐件操作。而且这里难以实现自动化和连续制造。 
已知的TE元件制造方法主要面向已经为半导体制造和处理所熟知的方法。 
例如，在DE 10230080A1中描述了一种制造热电层结构的方法。该制造方法基于传统的Si晶片技术，其中，将不同的功能层相继施加到晶片并通过蚀刻工艺形成结构。 
在DE 10231445A1中，描述了一种TE装置的连续制造方法。其中，在绝缘塑料膜上制作通常为TE部件的p掺杂和n掺杂TE半导体的交替结构作为连续区域，然后通过向磁鼓上把它们缠绕多层来彼此层叠它们。然 后切出片/条并在表面侧提供电接触，以便获得大量交替n芯柱和p芯柱的必要串联连接。利用这种方法，不能生产TE芯柱的扁平阵列；仅能够生产条，电流在长度方向上从其中流过。为了获得扁平结构，或者必需要切割宽条(在这种情况下有非常高的电流流经它们)，或者必需要从多个条拼接出扁平结构。 
从US 6300150B1知道了一种方法，其中，借助传统半导体技术在晶片上生产薄膜TE装置。以传统方式切割原始晶片并按照所需的n-p设置重新组装来实现可用TE模块的制造。 
US 6396191B1描述了由多个TE有源层构成的TE部件构造，沿着热流方向有中间层。根据层结构之内的局部温度水平，使用适当的TE材料。于是这里实现了按功能分级的TE元件的概念，以便实现可能的最高利用因素以及通过该互连可用的电压。本专利中描述的制造方法落在传统半导体处理和涂布技术的范围之内。 
因此，极少有例外，尽管大致实现了技术成熟度和众多验证系统，已经可用的TE装置尚未在大量销售的市场上占有一席之地。这有几个原因： 
-制造工艺造成高的特定成本(大量的通常很昂贵的工艺步骤)。 
-对昂贵的TE材料消耗很高。 
-模块的单位重量高。 
-模块成形的灵活性低。 
因此，本发明的目的是提供不再具有前述缺点的方法和热电元件。 
本发明的另一目的是提供一种简单的热电元件制造方法，可以用较为经济的方式将其投入实践。 
本发明的另一目的在于提供一种热电元件的制造方法，可以尽可能简单地使其适应不同的要求和不同使用领域中的TE元件设计。 
本发明既涉及TE元件的新颖设计原理，也涉及在行业中实现所述原理所需的制造TE元件的新颖工艺，其中，与常规工艺相比，大大减少了工艺步骤的数量，并对剩余工艺步骤进行调整以实现连续批量生产。由此，可以使用任何期望种类的TE材料。 
在本发明的热电元件中，与已知热电元件中一样，将多个TE芯柱结合到一起来形成一个或多个热电偶。TE芯柱是指TE材料的导电区域。当把两 个不同TE材料的TE芯柱电气结合后，它们形成热电偶，然后将热电偶互连以获得热电元件(TE元件)。 
本发明使得大大降低TE元件单位制造成本成为可能。此外，新的制造工艺能够生产更轻、更细且更灵活的TE元件，因此，不仅仅存在经济的考虑，该工艺还从技术上打开了新的应用领域。 
本发明涉及一种具有如下特征的热电元件： 
A)多孔电绝缘和热绝缘材料的扁平载体，其具有第一和第二表面， 
B)第一热电偶，由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中包括第一和第二热电材料的电导体穿过所述扁平导体，其彼此电绝缘并在所述扁平载体的一个表面上或附近以导电方式彼此连接，且所述第一热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上或附近， 
C)第二热电偶，由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中包括第一和第二热电材料的电导体穿过所述扁平导体，其彼此电绝缘并在所述扁平载体形成所述第一热电偶的所述第一和第二热电材料以导电方式彼此连接的表面上或附近以导电方式彼此连接，且所述第二热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上或附近， 
D)任选的其他热电偶，由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙并包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中包括第一和第二热电材料的电导体穿过所述扁平导体，其彼此电绝缘并在所述扁平载体形成所述第一热电偶的所述第一和第二热电材料以导电方式彼此连接的表面上或附近以导电方式彼此连接，且所述其他热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上或附近， 
E)所述第一、第二和任选其他热电偶所述末端在并联和/或串联电路中的导电连接，以及 
F)用于馈送或汲取电能的引线，所述引线电连接到所述第一、第二 和任选的其他热电偶。其中，所述扁平载体包含空腔或孔隙，所述空腔或孔隙从所述第一到所述第二表面是连续的，且其中形成有包括第一和第二热电材料的电导体，其形成第一、第二和任选的其他热电偶。 
本发明还涉及用于制造上文所述热电元件的方法，其具有如下步骤： 
a)提供多孔电绝缘和热绝缘材料的扁平载体，其具有第一和第二表面， 
b)向所述扁平载体的预定区域中引入至少一种热电材料或其前体并向所述扁平载体的预定区域中引入至少一种第二热电材料或其前体，如果使用的是前体，然后则应用适当的工艺步骤将其转换成相应的热电材料，从而由从第一到第二表面穿过所述扁平载体的孔隙形成包括第一热电材料的电导体和包括第二热电材料的电导体，所述电导体以彼此电绝缘的方式从一个表面到另一表面穿过所述扁平载体， 
c)在所述扁平载体的一个表面上在所述第一热电材料和所述第二热电材料之间建立导电连接，以形成第一热电偶，所述第一热电偶的末端显露于所述扁平载体的另一表面上， 
d)将步骤b)和c)重复一次或多次，从而形成至少一个第二热电偶，以及 
e)在所述扁平载体的另一表面上在所述第一热电偶的一端和所述第二热电偶的一端以及任选的其他热电偶的一端之间建立导电连接，使得所述第一、第二和任选的其他热电偶彼此互连成串联电路或并联电路。 
在从属权利要求中描述了本发明的热电元件和本发明的制造方法的优选实施例。 
本发明的热电元件的设计原理和本发明的制造方法的精髓是使用多孔基体或多孔衬底(在下文中称为“扁平载体”)。该扁平载体由耐热性和耐化学性充分高、热导率尽可能最低且具有顶侧和底侧的电绝缘材料构成，即，其长度和宽度尺度远远超过其余空间方向(厚度)的尺度。典型地，扁平载体的厚度在0.5到10mm范围内，但在本发明的方法中也可以使用更小或更大厚度的载体。 
该扁平载体可以是刚性的或柔性的。制造TE芯柱的所有必需步骤都发生在扁平载体上或扁平载体处或在该扁平载体的孔隙/空腔中，于是能够进行连续制造，无需在工艺步骤之间进行复杂的个别操纵。该扁平载体以板(刚性材料)的形式或“从卷到卷”(“卷到卷”)(对于柔性材料而言)的形式通过整个制造过程。后一种选择从纸张、塑料膜或纺织品的典型制造方法借鉴了很多，而前一种选择被认为类似于绝缘板或层压底板的制造方法。于是，已经有了能够容易调整的成熟技术用于处理(传输和组装)两类载体。 
为了制造本发明的TE元件，现在以适当方式将适于所需用途的热电材料，优选为TE半导体材料(典型的是n掺杂和p掺杂型)引入扁平载体的孔隙中，以便获得从顶侧到底侧连续穿过扁平载体延伸但在扁平载体内部彼此电绝缘的芯柱阵列。因此，扁平载体中的孔隙或孔隙组合必需要从扁平载体的顶侧到底侧充分连续。另一方面，孔壁的状态以及孔隙的可能的缠绕性质(扭转)不是那么重要。在下文中也将把具有以上述方式连续的TE芯柱的扁平载体称为TE层。 
所有这些都可用在本发明的方法中的不同的工艺措施也是可能的，以便实现芯柱的必需电互连。具体而言它们包括以下三个流程措施，可以在本发明的方法中单个或组合使用这些措施： 
l、例如，通过溅射、印刷工艺、气相淀积或其他施加方法直接在TE层的顶侧和/或底侧上施加导体路径结构。 
2、在多孔衬底中或上制造导体路径结构，即根据类似于制造TE层的方法，并将该多孔衬底与TE层组合。 
3、通过涂布、蚀刻或其他施加或材料去除方法在致密或多孔衬底中或上制造导体路径结构，并将该多孔衬底与TE层组合。 
在另一工艺步骤中将根据第二或第三工艺措施通过这种方式连续制造的独立器件(在下文中指称为互连层)永久结合到TE层。为此，将这些不同的功能层彼此堆叠在一起，任选地，还通过TE芯柱和导体路径之间的电接触面处的电绝缘层以及电接触增强层附加在一个或两个外侧上，并通过适当方法，例如烧结、粘结、挤压、熔融、焊接或锡焊，以多层夹层结构的形式将其彼此永久结合。 
各TE芯柱的导体结构之内的电接触以及TE芯柱之间借助互连层形成的接触特别重要，因为电学结电阻对热电效率影响很大。优选对从衬底表面显露的导体进行锡焊，以便建立扁平载体表面上形成热电芯柱的导体和/或相邻芯柱的导体的电连接。尤其优选地，利用设置在载体/衬底顶侧和/ 或底侧上的金属箔改善电接触。这些金属箔可以是纯金属箔或金属化或涂布金属的聚合物箔、纸或织物箔。在于扁平载体中制造导体的过程之后，或者可能在用于连接导体和箔的锡焊过程之后，必需将这些箔结构化成对应于期望热电互连的电绝缘或连接区域。可以通过对表面进行打磨或切割以机械方式实现结构化。对于非常窄的结构和薄载体衬底而言，最好利用激光束切割金属表面。 
不过，优选使用具有预制导体结构的金属化箔，在各种方法和材料以及客户特定结构中都提供了这种箔。在此，大量具有金属图案的封装材料应当是充分的证据。 
在接下来的组装过程中，如有需要可以通过预期的方法，例如锯开、切割、激光切割、水射流切割或冲压机切割将通过这种方式获得的夹层结构细分成更小的模块，并为其装备电接触，例如焊料凸耳、接触腿、带护套电缆和/或插件接触。 
此外，例如，可以通过浇灌、就地收缩方法或箔焊接对热电元件进行封装。 
如果对于给定的应用情况而言，需要比可以利用上述方法制造的更厚的结构，可以将多个高度的相同层组合在夹层结构中而非组合在个别高度上。这尤其对于TE层而言可能是所关心的。在这种情况下，以这种方式彼此堆叠的不同TE芯柱未必一定由相同TE材料制成，而是还可以通过这种方式实现所谓的功能分级。这确保了在最佳温度范围内操作每种不同TE材料，从而能够以最佳总效率覆盖给定温度窗口。 
为了实施所述发明，提到的不同材料必需要符合很高的特定要求并具有高度特定的属性或属性组合。在下文中将针对所有提到的材料类别系统描述这些。 
所述的期望最终结构和制造工艺为扁平载体的材料提出了一系列要求： 
-机械硬度(例如，特别是足够大的断裂和抗撕裂强度) 
-在“卷到卷”制造方法中有足够大的柔性。 
-磨损低。 
-足够的空穴率(孔体积) 
-充分连续的孔隙或孔隙组合。 
-适当的孔径分布(根据TE材料的引入方法) 
-热稳定性(根据制造工艺和应用情况) 
-热导率低(主要的热流应当经过TE芯柱) 
-电绝缘。 
-定义的孔壁和外侧的浸润性(根据所用的以及制造工艺中要引入的物质和辅助物质) 
-低密度(重量减轻) 
-热膨胀系数与完成的夹层结构的其他层匹配 
可以通过如下材料类别，但并非排他地通过这些类别来满足这些要求： 
-基于玻璃纤维(实心和/或中空纤维)的纺织品，例如编织布、经编、纬编、纱、毡或尤其是纤维网。 
-基于天然纤维或人造纤维(实心和/或中空纤维)的纺织品，例如编织布、经编、纬编、纱、毡或尤其是纤维网。 
-矿物/陶瓷实心和/或中空纤维的结构物，例如纤维网或毡。 
-陶瓷材料的多孔烧结制品。 
基于中空纤维材料的优点在于它们通常比实心纤维具有更低的热导率和更低的密度。此外，机械性能常常更好。 
此外，有时可以通过涂层改善柔性载体的属性。这种涂层例如可以由聚合物、玻璃、陶瓷或硬质材料，例如碳化钙或氮化物构成。 
也可以将前述物质的任何期望混合物用作涂层，可以将它们以膜或粘附颗粒的形式施加在柔性载体上。 
对互连层的要求类似于对TE衬底材料(扁平载体)的要求。不过，与TE衬底材料相反，在这种情况下常常需要最高的可能热导率，例如对热传输的阻力低，除多孔物质外还可以使用致密和无孔载体。 
除了上文针对柔性载体列出的材料之外，还可以为多孔互连层使用如下材料类别： 
-拥有电绝缘涂层的金属结构物，优选是拥有电绝缘涂层的金属丝柔性结构物，例如编织布、经编、纬编、纱、毡或纤维网。 
对用于互连层的致密衬底材料提出的要求类似于用于多孔互连层的衬 底材料的要求。 
例如，可以通过如下材料类别，但并非排他地通过这些类别来满足这些要求： 
-致密填充或致密涂布的基于陶瓷纤维、矿物纤维、天然纤维或塑料纤维的织物复合材料，例如实心或中空纤维的编织布、经编、纬编、纱、纤维网或毡。 
-塑料箔或板。 
-陶瓷板。 
-致密填充或致密涂布的金属结构物，优选是拥有电绝缘涂层的金属丝柔性结构物，例如编织布、经编、纬编、纱、毡或纤维网。 
由于在互连层中常常需要良好的热导率，因此在这种情况下，与中空纤维相比，实心纤维通常具有优点。不过，在某种情况下，在中空纤维中进行适当的功能填充在这种情况下能够有所帮助甚至增加特殊优点。 
此外，正像TE衬底材料那样，有时可以通过涂层改善互连层的性质。为此，可以使用与针对TE衬底材料所述相同的材料。在不导电载体材料上涂布金属氧化物甚至有可能将它们逐点还原成金属，从而完全生成或支持所需的导体路径结构。例如，可以通过选择性逐点激活涂层来实现这种转变。 
例如，可以通过激光、等离子体、电弧或电感加热，或通过用激光、X射线源、粒子束源或UV灯辐照，或通过电场，或通过磁场，或借助聚焦的超声波来实现这一目的。 
在该过程中，可以同时使用诸如氢气、一氧化碳或合成气的还原气氛或利用液体还原剂或与涂层混合且同时或单独被激活的反应成分浸润。 
本发明的热电元件优选包括电绝缘层。对其提出的要求类似于用于互连层的衬底材料的要求。 
例如，可以由用于致密多孔互连层的上述材料类别满足这些要求。此外，可以由所有种类的涂层，例如人造树脂、清漆、粉末清漆、陶瓷烧入涂层或瓷釉形成电绝缘层。 
原则上，可以使用任何已知的或将来要开发出的TE材料制造本发明的热电元件，条件是其适于本发明制造工艺的各工艺步骤。 
原则上，所有金属都是热电导体的候选者，包括合金和金属间化合物。金属的范例为铬、铁、铜、镍、铂、铑或钛。优选地，使用半导体以及n型和/或p型半导体；例如，以纯物质、p掺杂或/和n掺杂形式或组合形式使用硅、锗、铋、锑和碲。类似地，可以使用基于有机化合物的半导体材料。 
尤其优选使用如下类别的TE材料： 
-BixTeyXz(碲化铋)，其中X＝Sb，Sn和/或Se，x，y和z是大于零，直到10的彼此独立的有理数。 
-PbTe(碲化铅) 
-Si1-xGex(锗化硅)，其中x代表大于零直到小于1的有理数。 
-CoxSbyXz(锑化钴)，其中X＝Fe和/或Ce，x、y和z为大于零直到15的彼此独立的有理数。 
-ZnxSby(锑化锌)，其中x和y是大于零直到10的彼此独立的有理数。 
-FexSiy(硅化铁)，其中x和y是大于零直到10的彼此独立的有理数。 
-有机半导体，例如掺杂四甲基三苯胺的聚碳酸酯(TMTPD)、并五苯、三-(8-羟基喹啉)铝或TEA(TCNQ)2。 
在这种情况下，无论是由传统半导体制造方法还是由其他方法生产的材料都没有关系，其他方法例如有“薄膜超晶格”、“量子阱结构”、“量子点结构”或“非量子约束”方法。 
在下文中将根据范例更详细地描述本发明的TE元件的制造情况。 
对于工作TE层而言，必需要在扁平载体上生成第一和第二热电材料的芯柱(通常为p掺杂和n掺杂TE半导体芯柱)的明确设置。芯柱必需要从扁平载体的一侧到另一侧连续，但在扁平载体之内必需彼此电绝缘。 
为了生产这种TE芯柱，或者必需要以明确方式将适当的TE材料引入扁平载体中，或者必需要将TE材料的适当前体引入扁平载体并通过后继转变过程将其转变成相应的TE活性形式。 
本领域的技术人员可以使用不同的引入TE材料或其前体的方法。可以将其分成： 
-“正性方法”，其中，在背侧上有正性抗蚀剂的情况下，例如通过丝网印刷、喷墨印刷、逐点熔融浸透或电化学淀积，在期望的位置上选择性 施加TE材料或其前体。 
-“负性方法”，其中，借助辅助材料封闭/阻断扁平载体中将不会被施加任何材料的所有区域，之后借助局部非选择性方法，例如通过涂抹、浸渍、电化学淀积、气相淀积或熔化物浸透，用TE材料或其前体填充仍可触及的区域，之后如有需要将辅助材料去除。 
如上文已经重点指出的，所引入的材料可以是已经有活性的TE材料或其前体，前体仅在其他适当工艺步骤中被转变成TE活性形式/变型。这种前体的范例可以是： 
-氧化或其他化学改性形式的TE材料，纯物质或与其他物质混合。 
-TE材料或其化学改性物质与固体、液体或气体引入增强剂的混合物。 
-颗粒形式的TE材料或其化学改性物质，以粉末或悬浮液的形式制备。 
-前述TE前体与转变增强剂，例如还原和氧化剂的混合物。 
例如，可以通过如下方法或其组合实现通过这种方式引入TE活性芯柱中的前体的转变： 
-(在热或辐射的作用下)煅烧 
-(在热或辐射的作用下)烧结 
-(通过化学还原剂或以电化学方式)还原 
-(通过化学氧化剂或以电化学方式)氧化 
-沉淀 
-结晶 
在印刷工艺中，从送料辊展开扁平载体并在明确界定的位置用n掺杂和p掺杂TE前体交替对其进行浸透。通过炉使这些前体材料转变成它们相应的TE活性形式。最后，利用镍或另一种接触金属逐点溅射确保所获得的TE芯柱良好的电接触性。 
可以类似于上文所述的TE层的制造在多孔衬底中制造互连层。必需要根据上述方法以明确界定方式向所选载体的孔结构中引入适当的接触材料或其前体。可以使用如下材料作为接触材料： 
-具有良好电导率的金属，例如Cu、Al、Ag或Au。 
-这种金属的前体，例如它们的氧化物、氯化物或其他化合物。 
-金属或前体与引入增强剂的混合物。 
-上述金属、前体或其具有转变增强剂的混合物，转变增强剂例如是还原剂或氧化剂。 
可以用溶液、悬浮液、散布液、粉末或熔融物的形式将这些材料引入多孔衬底中。 
与上文所述的多孔介质中的结构相反，也可以在致密衬底上构建互连层。为此，必需要为衬底的选择性确定区域提供适当的导电材料或可以转变成导电材料的适当前体。 
为此，可以使用如下制造方法，例如： 
-印刷方法，例如丝网印刷或喷墨方法。 
-溅射。 
-蚀刻方法(类似于传统导体路径的制造) 
-其他材料去除方法，例如碾磨、抛光、刨屑或激光烧蚀。 
适当的导电材料和前体，如必要的话还有将其转变成所需活性形式的过程，与在多孔载体中形成其相同。 
为了获得工作TE元件，必需将两侧上的一个或多个连续TE层和互连层彼此组合，以形成夹层构造，或者必需要在TE层的自由外表面两侧上施加适当的互连结构。 
根据所选的材料组合、在一方面的TE材料以及另一方面的互连层中的导电材料，可能需要在两者之间引入一种或多种接触增强剂，以便确保更持久的连接以及损耗最小的TE层和互连层之间的载流子和热传输。在某种情况下，在叠置多个TE层时，甚至可能需要还在它们之间插入适当的接触增强剂，以在热流方向上获得TE芯柱的最佳电接触。 
从传统TE器件中充分了解了这种接触增强剂。它们还支持例如在TE材料的界面处注入或汲取电荷载流子(电子或空穴)，辅助将TE材料锡焊、烧结或焊接到导电材料上或TE材料之间，并形成功能层之间的弹性接合，从而补偿例如不同的热膨胀系数。 
接触增强剂的典型范例有： 
-SixGeyXz(X＝对于n掺杂或p掺杂而言的其他任选元素) 
-钨 
-镍 
-银 
-金 
如纸张、封装和层压地板行业中惯用的，可以类似于成熟的卷到卷方法实现将各种功能层组合成可用的夹层结构。以界限分明的方式将上述方法制造的功能层堆叠在一起并通过适当方法将其机械和电气地持久结合。 
本领域的技术人员充分了解这种方法。其范例的非穷举列表包括： 
-压延 
-热压 
-炉接合 
-激光结合 
图1中示出了本发明方法的一种可能实施例。 
图1示出了进给辊(600)，其上缠绕着扁平载体或多孔衬底(601，611)。从进给辊(600)上展开扁平载体(601)，利用n型半导体或其前体(603a)以及p型半导体或其前体(603b)(通过浸透装置(602a，602b)施加)对其进行浸渍，并传输通过加热区(604)，在加热区中进行煅烧、氧化或还原以及烧结或将前体转变成TE材料，从而使TE材料以n掺杂(605a)和p掺杂(605b)活性形式存在。之后，通过施加装置(606)，例如施加镍的溅射装置，在扁平载体上施加接触增强剂(607)。 
为了制造互连层，从进给辊(600)上展开扁平载体(611)，利用由浸透装置(612)施加的诸如铜或其前体(613)的电导体对其浸渍，并传输通过加热区(614)，在加热区中发生煅烧、氧化或还原以及烧结，或者将前体转变成电导体(615)。在弯直辊(616)上将通过这种方式制造的互连层传递到具有TE材料的扁平载体(601)的表面上，并将另一互连层传递到具有TE材料的扁平载体的另一表面上。 
在压延机(608)中将三层合成物永久结合到一起，将完成的合成物(609)缠绕到中间存储辊(610)上，使得如必要的话可以随后对其进行进一步组装。 
与上述独立互连层的制造相反，还可以直接在TE层两侧或一侧上生产用于TE层互连和以实现高效率热传输的方式接触其的必要结构。可以将本领域的技术人员公知的涂布技术用于该目的。 
其范例的非穷举列表包括溅射、锡焊方法、箔涂覆、印刷工艺和喷墨工艺。 
利用这些方法，可以在TE层上以界限分明的设置施加导电材料或其适当前体。 
如必要的话，必需要使用其他下游转变工艺将前体转变成所需的最终材料的形式，例如烧结、煅烧、还原(通过化学还原剂或通过电化学工艺)、氧化(通过化学氧化剂或通过电化学工艺)或再沉淀。 
如果在TEG的计划用途中可用温差非常大，或者要在珀尔帖元件中建立大的期望温差，可以通过选择包括多个甚至含不同TE材料(用于功能分级)的TE层而非仅一个TE层的结构来进一步提高效率。通过这种方式，可以确保不同TE材料中的每种都工作在沿TE器件中形成的温度分布曲线的其最佳温度范围中。根据TE材料，如上所述，组合多个TE层可能必需要使用适当的接触增强剂。 
TE元件的最外层形成电绝缘层。如果不是在所有应用中，也是在大部分应用中需要这样。可以类似于其他功能层将其制造为独立的层，然后与TE元件组合，或者可以在完成的TE元件上以涂层形式施加其。 
可以利用类似于用于其他功能层的方法，例如通过用适当填充材料完全填充多孔衬底的孔体积，制造单独制备的层。 
可以类似于内部功能层，将单独制造的绝缘层与TE器件组合。用于该目的的方法范例的非穷举列表包括压延、(热)压、粘结、收缩配合(例如整个模块周围的收缩管)。 
根据应用情况，尽管必需确保绝缘层和TE元件之间的良好热传输(例如通过适当的夹紧/压挤和/或彼此接触的表面的适当几何形状)，甚至可以想到绝缘层和TE元件之间没有机械连接的松散设置。 
或者，可以以涂层的形式施加绝缘层。这种做法的范例的非穷举列表包括浸渍、喷漆(例如利用溶剂、乳状液或粉末清漆)、施加基面涂层(例如利用陶瓷浆)、气相淀积方法(例如PVD或CVD)、溅射、就地收缩方法或浇灌。 
最后，可以针对应用情况调整根据本发明的方法制造的大面积TE元件，通过切割、锯开、冲压或任何其他期望方法将其细分成所需几何形状的尺 寸，并进行组合。可以根据需要通过锡焊、冲压、压印、粘结或其他方法附着引线、焊片或接触针。 
对于某些应用而言，可能需要提供额外的涂层或外壳，以针对某些环境影响做出保护。可以通过公知方法完成涂布/密封。涂敷方法的非穷举列表包括浸渍、喷漆(例如利用溶剂、乳状液或粉末清漆)、气相淀积方法(例如PVD或CVD)和溅射。 
外壳可以具有适当几何形状的刚性或柔性封皮的形式，TE元件即安装于其中。其他选择是就地收缩工艺或浇灌。 
本发明还涉及将热电元件用于产生电能，用于产生或耗散热能以及用于温度测量。 
在优选实施例中，将废气、废水、太阳或其他源加热的表面、隔绝更冷底层结构的底板或地毯或工艺技术中的温差作为热源。 
对于加热系统、电厂、机动车辆、船只或飞机的废气而言尤其适用这点。 
用于操作本发明的热电元件的另一优选热源为体热。 
将在图2到12中更详细地解释本发明，但不应视为本发明限于那些实施例。附图示出了： 
图2：本发明的TE层或已填充互连层的示意侧视图(截面)。 
示出了电绝缘载体材料或衬底(301a)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域或孔隙(302a)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域或孔隙(303a)。 
也可以将该结构用作互连层。在这种情况下，电绝缘载体材料或衬底的存在形式为未填充区域或体块衬底材料(304a)与填充区域或孔隙(302a，303a)的导电材料的组合。 
图3：具有连续孔隙的载体/衬底范例中的本发明TE层或填充互连层的示意侧视图(截面)。 
示出了电绝缘载体材料或衬底(301b)。其具有带填充有n掺杂热电有源半导体材料的孔隙的区域(302b)和带填充有p掺杂热电有源半导体材料的孔隙的区域(303b)。 
也可以将该结构用作互连层。在这种情况下，电绝缘载体材料或衬底 的存在形式为具有自由孔体积的未填充区域(304b)与包含填充有导电材料的孔隙(302b，303b)的区域的组合。该图还示出了未填充的连续孔(305b)。 
图4：具有连续和不连续孔隙的载体/衬底范例中的本发明TE层或填充互连层的示意侧视图(截面)。 
示出了电绝缘载体材料或衬底(301c)。其具有带填充有n掺杂热电有源半导体材料的孔隙的区域(302c)和带填充有p掺杂热电有源半导体材料的孔隙的区域(303c)。载体材料包含连续和不连续孔隙，其中一些是高度分支的或扭曲的。 
也可以将该结构用作互连层。在这种情况下，电绝缘载体材料或衬底的存在形式为具有自由孔体积的未填充区域(304c)与包含填充有导电材料的孔隙的区域(302c，303c)的组合。该图还示出了未填充的连续孔(305c)。 
图5：由纤维(例如羊毛、毡制品、编织布料)形成的载体/衬底范例中的本发明TE层或填充互连层的示意侧视图(截面)。 
示出了电绝缘纤维的电绝缘载体材料或衬底(301d)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302d)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303d)。 
也可以将该结构用作互连层。在这种情况下，电绝缘载体材料或衬底的存在形式为具有自由孔体积的未填充区域(304d)与包含导电材料的区域(302d，303d)的组合。 
图6：由烧结或凝结颗粒形成的载体/衬底范例中的本发明TE层或填充互连层的示意侧视图(截面)。 
示出了电绝缘颗粒的电绝缘载体材料或衬底(301e)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302e)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303e)。 
也可以将该结构用作互连层。在这种情况下，电绝缘载体材料或衬底的存在形式为具有自由孔体积的未填充区域(304e)与包含导电材料的区域(302e，303e)的组合。 
图7：具有n掺杂和p掺杂TE芯柱的可能设置的扁平载体/衬底的顶侧 或底侧的示意俯视图。 
示出了n掺杂TE芯柱(401)和p掺杂TE芯柱(402)的不同设置。 
图7a示出了TE芯柱的交替设置(类似于棋盘)，例如可以在迄今为止市场上买得到的大部分热电装置中找到这种设置。 
图7b示出了设置成交替平行行的TE芯柱。 
图7c示出了具有矩形水平投影的TE芯柱。 
图7d示出了连续长行形式的交替TE芯柱。 
图8：具有n掺杂和p掺杂TE芯柱的可能设置以及施加于两个表面的电互连结构的扁平载体/衬底的顶侧或底侧的示意俯视图。 
示出了图7a到7d中所示的n掺杂和p掺杂TE芯柱设置的互连(对应于图8a到8d)。 
施加于顶侧上的互连结构(501)被示为暗灰色，而施加于底侧上的互连结构(502)被示为阴影线区域。 
图9：本发明的多层TE层的示意侧视图(截面)。 
示出了多层电绝缘多孔载体材料或衬底(301f)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302f)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303f)。还示出了未填充的电绝缘区域(304f)。 
图10：本发明的多层TE层的示意侧视图(截面)，在彼此堆叠的TE芯柱之间具有接触增强剂。 
示出了多层电绝缘多孔衬底材料或载体(301g)。 
其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302g)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303g)。还示出了未填充的电绝缘区域(304g)。在衬底(301g)的各层之间是包含接触增强剂的区域(306g)，其将填充有有源半导体材料的各层的区域(302g，303g)彼此电连接。 
图11：本发明的具有功能分级的多层TE层的示意侧视图(截面)。 
示出了多层电绝缘多孔载体材料或衬底(301h)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302h)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303h)。这些区域在衬底(301h)的各层中是不同的。不同的灰度级代表不同的TE材料。还示出了未填充的电绝缘区域(304h)。 
图12：本发明的具有功能分级且在彼此堆叠的TE芯柱之间具有接触增 强剂的多层TE层的示意侧视图(截面)。 
示出了多层电绝缘多孔载体材料或衬底(301i)。其具有填充有n掺杂热电有源半导体材料的区域(302i)和填充有p掺杂热电有源半导体材料的区域(303i)。这些区域在衬底(301i)的各层中是不同的。不同的灰度级代表不同的TE材料。还示出了未填充的电绝缘区域(304i)。在衬底(301i)的各层之间设置包含接触增强剂的区域(306i)，其将填充有有源半导体材料的各层的区域(302i，303i)彼此电连接。 
图13：进行电接触之前范例2的TE元件的顶视图(图13a)以及进行电接触并施加电绝缘层之后的侧视图(图13b)。 
在衬底条(701)中交替设置填充有n掺杂和p掺杂碲化铋的区域(702，703)，通过导电铜箔(704)在衬底顶侧和底侧上交替连接这些区域以形成串联电路中的热电偶，并利用刚玉膜电隔离层在两侧覆盖它们。 
图13b中的接触对应于图8d中的接触。 
下文中的范例不带限制地解释了本发明。 
范例 
范例1a、1b和1c(熔融浸透) 
利用熔融的碲化铋(Bi2Te3)浸渍涂布了陶瓷的多孔扁平材料的不同样品。 
使用的是玻璃纤维编织布的扁平载体(范例1a)、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维网(PET纤维网)(范例1b)和不锈钢编织布(范例1c)。 
每个扁平载体都涂布有细颗粒刚玉(Al2O3)，且是通过从WO 03/072231所知的工艺制备的。 
将这些样品块放置在吸滤器上，使得能够在衬底的底侧上产生负压。之后在衬底的顶侧上施加少量的熔融碲化铋。在所有情况下，都发现在固化之前熔化物渗透到衬底的底侧。在所有情况下，都检测从衬底顶侧到底侧的电导率。这表示已经形成了碲化铋的连续芯柱。 
不过，在范例1c的衬底中，还在衬底表面中发现了电导率，得出的结论是编织布的陶瓷涂层不完整。因此，在这种形式中，这种材料不适于作为本发明TE元件的衬底。 
相反，范例1b的衬底在渗透区域的边界处表现出断裂和裂痕。 
渗透区容易破裂。这是可以理解的，因为在600℃以上熔化碲化铋的温度大大高于PET的熔化和分解温度。 
范例1a的衬底未表现出任何表示渗入工艺负面效应的机械弱点。 
生产的TE芯柱的测量电导率在体块碲化铋电导率的量级上，因此不执行独立的耗时的塞贝克系数确定。可以可靠地假设所获得的芯柱具有热电行为。 
范例2(散布浸透) 
通过碾压和筛分制备粒径小于5μm的n掺杂碲化铋(n-Bi2Te3)和p掺杂碲化铋(p-Bi2Te3)的粉末。 
将两种粉末都散布到粘性浆料，每种粉末都具有相同体积的散布增强剂。将平均分子量为400到500g/mol的二-三甲硅烷基-聚乙二醇用作散布增强剂。 
向R&G Faserverbundwerkstoffs GmbH，Waldenbuch供应的空心玻璃纤维编织布型216g的条上交替施加作为边长1cm正方形芯柱的散布的n-Bi2Te3和p-Bi2Te3。在该过程中，通过编织布气孔挤压浆料，从而在载体衬底的底侧释放它们，并在芯柱区域中完全浸透编织布。在芯柱区域之间保持至少5mm的未浸透距离。总共灌注10个芯柱(5个p芯柱和5个n芯柱)。 
然后在250℃的烤炉中对灌注衬底条加热30分钟，以煅烧散布增强剂。接下来，通过用导电银带铺展TE芯柱并利用铜箔将它们交替连接成串联电路，在条的顶侧和底侧上交替电连接TE芯柱。在经灌注和接触处理的衬底条的顶侧和底侧的每个上放置刚玉膜薄条(ccflex)作为电绝缘层。 
在两个金属轮廊之间放置通过这种方式制备的热电偶条，从而使得在每种情况下，刚玉膜的整个区域都与金属轮廓接触。将金属轮廓之一保持在0±10℃的温度，另一个金属轮廓保持在100±30℃。在串联电路的末端之间测量热电效应造成的总开路电压(无电流)。根据温度差测量到50mV到160mV的开路电压。 

Claims (31)

1.一种热电元件，所述热电元件具有如下特征：
A)多孔电绝缘和热绝缘材料的扁平载体，所述扁平载体具有第一和第二表面，
B)第一热电偶，所述第一热电偶由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中，包括第一和第二热电材料的电导体以彼此电绝缘的方式穿过所述扁平载体，并在所述扁平载体的一个表面上以导电方式彼此连接，且所述第一热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上，
C)第二热电偶，所述第二热电偶由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中，包括第一和第二热电材料的电导体以彼此电绝缘的方式穿过所述扁平载体，并在所述扁平载体的形成所述第一热电偶的所述第一和第二热电材料以导电方式彼此连接的表面上以导电方式彼此连接，且所述第二热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上，
D)任选的其他热电偶，所述其他热电偶由从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第一热电材料的至少一个电导体以及从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙且包括第二热电材料的至少一个电导体形成，其中，包括第一和第二热电材料的电导体以彼此电绝缘的方式穿过所述扁平载体，并在所述扁平载体的形成所述第一热电偶的所述第一和第二热电材料以导电方式彼此连接的表面上以导电方式彼此连接，且所述其他热电偶的末端位于所述扁平载体的另一表面上，
E)所述第一、第二和任选的其他热电偶的所述末端在并联或串联电路中的导电连接，以及
F)用于馈送或汲取电能的引线，所述引线电连接到所述第一、第二和任选的其他热电偶，
其中，所述扁平载体包含空腔或孔隙，所述空腔或孔隙从所述第一到所述第二表面是连续的，且其中形成有包括第一和第二热电材料的电导体，其形成第一、第二和任选的其他热电偶。
2.根据权利要求1所述的热电元件，其特征在于，所述扁平载体是由有机或无机聚合物、玻璃、陶瓷材料、金属和半金属氧化物、碳化钙、氮化物、硼化物或其混合物构成的电绝缘和热绝缘织物、开孔泡沫材料、海绵或烧结制品。
3.根据权利要求2所述的热电元件，其特征在于，所述织物为经编或纬编。
4.根据权利要求1所述的热电元件，其特征在于，所述扁平载体与至少一个互连层平面接触，其中，所述互连层内部或其一个或两个表面上包括导电区域，所述导电区域与所述扁平载体中包括第一和第二热电材料的电导体和/或第一、第二和任选的其他热电偶电互连，从而形成热电偶和/或热电偶的串联或并联电路，其中所述至少一个互连层呈另一扁平载体的形式。
5.根据权利要求1所述的热电元件，其特征在于，通过施加在所述扁平载体的表面之一的预定区域上的导电箔，来实现包括第一热电材料的至少一个导体与包括第二热电材料的至少一个导体之间的电连接，以形成热电偶或至少一个热电偶与至少一个其他热电偶之间的电连接。
6.根据权利要求5所述的热电元件，其特征在于，所述箔具有导电区域和不导电区域，其中，所述导电区域连接包含所述第一热电材料的导体和包含所述第二热电材料的导体以形成热电偶，或者它们将多个热电偶彼此电连接。
7.根据权利要求1所述的热电元件，其特征在于，所述热电元件具有多个配备有TE芯柱的扁平载体，所述载体包含相同或不同的第一和第二热电材料的组合的TE芯柱，将所述扁平载体设置成层结构的形式，以获得多层TE层，并将通过这种方式获得的连续TE芯柱彼此电互连，以形成热电偶。
8.根据权利要求1所述的热电元件，其特征在于，所述扁平载体的材料是从由苯并环丁烯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚醚酮、聚亚芳基硫醚、聚亚芳基砜、聚烯烃、聚脂、聚酰亚胺、聚丙烯腈、含氟聚合物、玻璃或这些材料中的两种或更多种的混合物构成的组中选择的。
9.根据权利要求8所述的热电元件，其特征在于，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙稀。
10.根据权利要求8所述的热电元件，其特征在于，所述聚脂为聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
11.根据权利要求8所述的热电元件，其特征在于，所述含氟聚合物为聚四氟乙烯。
12.一种制造根据权利要求1所述的热电元件的方法，所述方法包括如下步骤：
a)提供多孔电绝缘和热绝缘材料的扁平载体，所述扁平载体具有第一和第二表面，
b)向所述扁平载体的预定区域中引入至少一种热电材料或其前体并向所述扁平载体的预定区域中引入至少一种第二热电材料或其前体，如果使用的是前体，则然后应用适当的工艺步骤将其转换成相应的热电材料，从而从所述第一到所述第二表面穿过所述扁平载体的孔隙，形成包括第一热电材料的电导体和包括第二热电材料的电导体，所述电导体以彼此电绝缘的方式从一个表面到另一表面穿过所述扁平载体，
c)在所述扁平载体的一个表面上的所述第一热电材料和所述第二热电材料之间建立导电连接，以形成第一热电偶，所述第一热电偶的末端显露于所述扁平载体的另一表面上，
d)将步骤b)和c)重复一次或多次，从而形成至少一个第二热电偶，以及
e)在所述扁平载体的另一表面上的所述第一热电偶的一端和所述第二热电偶的一端以及任选的其他热电偶的一端之间建立导电连接，使得第一、第二和任选的其他热电偶在串联电路或并联电路中彼此互连。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将配备有热电偶的所述扁平载体组装成预定尺寸的较小单元。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过如下操作实现所述热电材料或其前体的引入：
(i)通过正性方法引入，其中，通过丝网印刷、喷墨印刷、逐点熔化浸透或电化学淀积，在背侧上有正性抗蚀剂的情况下，在所述扁平载体中的期望位置处选择性地施加所述热电材料，或
(ii)通过负性方法引入，其中，借助辅助材料封闭或阻断所述扁平载体中将不会有任何材料的所有区域，之后借助局部非选择性方法，通过涂抹、浸渍、电化学淀积、气相淀积或熔化物浸透，对仍可触及的区域进行浸润。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，以悬浮液或散布液的形式向所述扁平载体中引入或向其上施加所述热电材料，其中，所述悬浮液或散布液包含细粒形式的所述热电材料以及溶剂、散布增强剂以及乳化剂。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在引入所述热电材料之后，通过蒸发、干燥、煅烧、氧化、还原、氢化、浸取、冲洗和/或溶解，从所述扁平载体去除所添加的辅助物质。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，首先从施加在所述扁平载体的表面上的热电材料去除辅助物质，然后通过熔化并同时在所述扁平载体的相对侧上施加负压或在所述扁平载体的淀积侧上施加正压，通过在淀积侧上涂抹并散布液体且同时向所述扁平载体的相对侧上抽吸该液体，通过在由适当振动摇动所述扁平载体的同时进行摇晃就位，或通过施加电场或磁场，将所述热电材料转移到所述扁平载体的孔隙内部。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，以包括所述前体材料以及适当溶剂、散布增强剂、乳化剂和/或处理辅助物质的溶液、悬浮液或散布液的形式向所述扁平载体中引入或在所述扁平载体上施加热电材料的前体。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在引入所述前体之后，通过添加与所述前体材料发生化学反应且最终产生热电材料的物质，或通过煅烧、氧化、氢化或其他适当的化学工艺，将所述前体转变成热电材料而无需事先去除所述溶剂、散布增强剂、乳化剂和/或处理辅助物质，其中，在该转变期间完全或部分去除、转变和/或分解在开始阶段仍然存在的所述溶剂、散布增强剂、乳化剂和/或处理辅助物质。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过电化学工艺将引入所述扁平载体孔隙中的所述前体转变成热电材料。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，通过与辅助物质的化学反应将引入所述扁平载体的孔隙中的所述前体转变成热电材料，其中，借助外部电场或磁场将这些辅助物质转移到所述多孔扁平载体的内部。
22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用玻璃、陶瓷、设有电绝缘涂层的金属、无机或有机聚合物或这些材料中的两种或更多种的组合的扁平载体，在所述载体中，所述孔隙从顶侧到底侧是连续的，且它们的壁以电绝缘方式起作用，所述扁平载体由烧结颗粒和/或纤维形成，所述载体以开孔结构的形式存在。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述扁平载体还是实心和/或中空纤维的织物。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述实心和/或中空纤维的织物为经编或纬编。
25.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使用玻璃、陶瓷、设有电绝缘涂层的金属、无机或有机聚合物或这些材料中的两种或更多种的组合的扁平载体，在所述载体中，所述孔隙从顶侧到底侧是连续的，且它们的壁以电绝缘方式起作用，其中，所述扁平载体包括多种彼此不均匀混合的物质，其中，这些物质中的一部分形成支撑结构，而这些物质的其他部分完全或部分覆盖。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述支撑结构呈纤维网或烧结制品形式，并且这些物质的其他部分以基面涂层或清漆的形式完全或部分覆盖该支撑结构。
27.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，为了对所述热电偶进行电互连或在扁平载体或多个扁平载体中形成所述热电偶，在一个或多个所述扁平载体的一个或两个表面上的预定位置施加导电涂层，所述扁平载体配备有一个或两个互连层，或将多个扁平载体与一个或多个互连层组合并永久或可拆除地连接到其上，所述一个或多个互连层以导电方式施加在所述扁平载体的一侧或两侧上。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，将多孔电绝缘材料的扁平载体用作所述互连层，在其上已经在预定区域中施加了至少一种导电材料或其前体，如果使用的是前体，则已经执行了适当的工艺步骤以将其转变成所述导电材料，从而在这些区域中形成导电材料图案。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，用于制造所述互连层的所述扁平载体是导热的且是电绝缘的，并且为了提高所述互连层的热导率，利用具有高热导率的电绝缘物质填充仍剩下的孔体积。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，为了进一步提高所述热导率，借助挤压、辗压和/或其他压紧方法将所述互连层压紧，以便实现所述热导率的增大。
31.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，借助挤压、碾压、热压、压延、烧结和/或扩散焊方法将一个或多个扁平载体与一个或多个互连层组合并键合，以形成复合结构，从而在待电连接的TE芯柱的触点和所述互连层上的与其相对的触点之间实现电连接。
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