CN102025295A - 一种高效集成半导体温差发电模块及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效集成半导体温差发电模块及制造方法，由柔性绝缘基带、金属线路、P型半导体、N型半导体组成，在绝缘基带上制造有线路，在线路上生成等效的PN结，P型半导体与N型半导体之间、P型半导体与P型半导体之间、N型半导体与N型半导体之间皆通过基带上的金属线路连接成串联电路，基带通过折叠或卷曲缠绕以形成模块，实现了一种节省半导体材料、热电转换效率有所提高、可以大规模集成的半导体温差发电模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体温差发电模块，尤其是节省半导体材料、提高发电效率、集成化的半导体温差发电模块。
背景技术
目前，半导体温差发电模块主要用于油田、野外、军事、太阳能、地热、工业废能等领域，它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，于是在半导体上就产生了直流电压。温差半导体发电有着无噪音、寿命长、性能稳定等特点。可在零下40摄氏度的寒冷环境中迅速启动，因此在实际中得到越来越广泛的应用。温差发电是一种新型的发电方式，利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能，一般是用P型半导体和N型半导体材料制成，实际应用中，从热电材料切割下来的大量P型、N型颗粒，采用电气上串联，热学上并联形成一个模块。这种装置很早就用于航空航天领域中的发电，以及仪表、通讯和其他大量专业应用中的冷却和温度控制。以半导体温差发电模块制造的半导体发电机，只要有温差存在即能发电。工作时无噪音、无污染，使用寿命超过十年，免维护，因而是一种应用广泛的便携电源。其优点是体积小，重量轻，便于携带，其缺点是普遍效率低、易损坏且体积大。传统热电模块的大尺寸和离散特性严重制约了它们的发展。
发明内容
为了克服现有半导体温差发电模块效率低、材料用量大的缺点，本发明提供了一种发电效率高、节省半导体材料、可以集成的温差发电模块。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明采用普通半导体制作工艺，在薄型绝缘基带(衬底)上形成金属薄膜线路，再将半导体材料成长在金属薄膜上形成线路上生成等效的PN结，由此形成温差发电薄片，基带通过层叠或缠绕在一起形成模块，当温差一定时，模块的功率、电压由层叠或缠绕基带所含P、N半导体数量决定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明现有技术参考原理示意图。
图中1.热端金属连接片，2.冷端金属连接片，3.P型半导体，4.N型半导体，5.电压表，6.负极引线，8.正极引线。
在图1中，P型半导体3(圆柱或方柱型)与N型半导体4(圆柱或方柱型)两端分别连接热端金属连接片1、冷端金属连接片2，通过金属片的连接形成等效的PN结(一般PN是半导体直接接触产生)，当在热端金属连接片1上加高温热源，在冷端金属连接片2上加低温热源时，在半导体两端的等效的PN结处于不同的温度环境中，PN结的温度越高，电势越大，温度越低，电势越小，由于PN结温度不同，其电势大小不同，因而具有温差的PN结会出现温差电势，由多个PN结组成电学上的串联，热学上的并联形成模块，在负极引线7，正极引线8两端接上电压表5，从电压表的读数就知道有温差电势产生。
图2是本发明原理示意图。
图中1.热端金属连接片，2.冷端金属连接片，3.P型半导体，4.N型半导体，5.电压表，6.负极引线，7.正极引线，8.金属连接线。
在图2中，P型半导体3与N型半导体4两端分别连接热端金属连接片1、冷端金属连接片2，P型半导体中间用金属线8连接、N半导体的中间也通过金属线8连接，通过这样的连接，使原来模块的柱型半导体可以变为薄片，大大节省了半导体材料用量，在热端金属连接片1加入高温热源，在冷端金属连接片2上加低温热源时，热量必须通过金属线8，由于金属线细小，热传递慢，但导电能力强，对电流影响不大，所以提高了发电效率。
图3是本发明实施示意图。
图中1.热端金属连接片，2.冷端金属连接片，3.P型半导体，4.N型半导体，5.电压表，6.负极引线，7.正极引线，8.金属连接线，9.同型半导体连接片，10.绝缘基带。
在图3中，P型半导体3与N型半导体4两端分别连接热端金属连接片1、冷端金属连接片2，同型半导体连接片9，金属连接线8连接在同型半导体连接片9之间，通过这样的连接，使原来模块的柱型半导体可以变为薄片，大大节省了半导体材料用量，可以使用普通集成电路制造技术大规模集成、大批量大生产。
具体实施方式
在图3的实施例中，我们以实施一个高效率集成半导体温差发电模块为例对本发明进一步说明：
材料选择及制造工艺：
绝缘基带：选择绝缘的塑料类材料或其他材料，要求绝缘效果好，光滑平整，柔软可卷曲，宽度由热端与冷端PN结的距离确定，基带宽度基本决定了模块的厚度，基带长度根据需要串联的PN结个数确定，理论上可以无限长，也就是不受限制，实际应用中可以先确定模块热端与冷端的温差，再根据需要得到的电压大小来确定PN结的个数，基带越长，能够串联的PN结就越多，在温度差一定的情况下，发出的电压就越高，热电功率就越大。
金属线路：在制造过程中，先在基带上制造出金属线路，也就是连接半导体的金属薄片或细线，薄片、细线与基带紧密结合，金属线路如何能在绝缘的基带上高速、大量形成，这在现代的半导体制造技术中已经有非常成熟的技术，在此不再累述。常用金属以铜为主，因为铜由良好的导电性，价格适中。
P型半导体与N型半导体：基带上的金属电路形成后，再在金属电路上形成半导体，当然半导体也不厚，半导体如何能在金属电路上形成，并与金属电路紧密结合，这也是非常成熟的技术，在此不再累述。
模块的形成：将制造有PN结及线路加入绝缘层，带有PN结及线路的基带就可以折叠形成方形模块，如果将基带卷曲缠绕，就可以形成圆柱型模块，这是最好的一种方法，它利用了基带背面作为线路与PN结之间的绝缘。
Claims (1)
1.一种高效集成半导体温差发电模块及制造方法，其特征是：由柔性绝缘基带、金属线路、P型半导体、N型半导体组成，先在绝缘基带上制造出线路，再在线路上生成P、N型半导体，半导体通过金属电路连接形成等效的PN结，P型半导体与N型半导体之间、P型半导体与P型半导体之间、N型半导体与N型半导体之间皆通过基带上的金属线路连接成串联电路，基带通过折叠或卷曲缠绕形成模块。
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2009
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