CN102569633B - 一种碲化铋温差发电器件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碲化铋温差发电器件的制备方法，包括以下步骤：(1)取N、P碲化铋材料各一块；(2)用内圆切片机将(1)中材料切割成高度和厚度比大于15薄片；(3)用双面胶将(2)中薄片以N-P-N-P-N-P-相互间隔方式黏贴；(4)用内圆切片机将(3)中多片材料切割成高度和厚度与(2)中高度和厚度相同薄片；(5)将(4)中切割好的薄片相临层以N-P-N-P-N-P-相互交错方式黏贴在一起，形成一端为冷面、另一端为热面的温差发电器件魔方；(6)将(5)中冷、热两端面相临的N型单体元件和P型单体元件为一组焊接电连接片，完成本发明碲化铋温差发电器件的制作。本发明体积小，可用于150℃-200℃的高温大范围温度条件下长期工作。
Description
技术领域
本发明属于温差电技术领域，特别是涉及一种碲化铋温差发电器件的制备方法。
背景技术
碲化铋基温差电材料自上世纪50年代被发现以来一直是-50℃至300℃温度范围内性能最好的热电转换材料。用该材料研制的温差电器件既可在一定热输入的条件下进行发电，也可在通过一定电流的条件下进行致冷。
目前，碲化铋温差发电器件的制备方法所使用的温差电元件高度截面积之比比较小，元件之间的间隙较大，器件体积较大，耐受温度和温度范围较小，一般为80℃-100℃，不适合在150℃-200℃的高温大范围温度条件下发电。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种碲化铋温差发电器件的制备方法，该器件具有体积小、耐受温度和温度范围较大，可用于150℃-200℃的高温大范围温度条件下发电等特点。
本发明碲化铋温差发电器件的制备方法采用如下技术方案：
1、一种碲化铋温差发电器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)取热压或或热挤压制备成的N、P碲化铋材料各一块，要求材料垂直于热压压力的表面的边长满足元件的高度尺寸要求；
(2)使用内圆切片机分别将(1)中P、N型材料切割成高度和厚度之比大于15的薄片；
(3)用双面薄膜胶带将切好的碲化铋N型薄片和碲化铋P型薄片以N-P-N-P-N-P-相互间隔的方式黏贴在一起，并确保片与片之间整齐对正；
(4)用内圆切片机分别将(3)中黏贴而成的多片材料切割成高度和厚度与(2)中高度和厚度相同的薄片，形成尺寸相同、端面为正方形的碲化铋N型单体元件和碲化铋P型单体元件，所述N型单体元件和P型单体元件均为高度截面积比大于15的长方体；
(5)将(4)中切割好的薄片相临层以N-P-N-P-N-P-相互交错的方式黏贴在一起，确保全部单体元件之间对正整齐，形成一端为冷面、另一端为热面的温差发电器件魔方；
(6)将(5)中温差发电器件魔方的冷、热两端面相临的N型单体元件和P型单体元件为一组，采用270℃-320℃的无铅BiSn\SbSn\BiSb基钎料进行集成焊接电连接片，完成本发明碲化铋温差发电器件的制备方法的制作。
而且，所述(6)中钎料为熔点290℃的SbSn。
而且，所述(3)中双面薄膜胶带为厚度小于0.4mm的聚酰亚胺双面薄膜胶带。
而且，所述(6)中电连接片为铝板、镀镍覆铜板或金箔。
而且，所述(4)中碲化铋N型单体元件和碲化铋P型单体元件的正方形端面边长为0.6mm-1.0mm，高度为15mm-25mm。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明采用N型单体元件和P型单体元件均为高度截面积比大于15的长方体构成的多个单排N-P-N-P-N-P-和多个单排P-N-P-N-P-N-相邻排列构成一个整体，有效提高了耐受温度和温度范围，可用于150℃-200℃的高温大范围温度条件下发电。
2、本发明P-N元件之间采用高温薄膜聚酰亚胺双面胶带进行绝缘，胶带厚度不超过0.4mm，确保元件之间紧密结合，减小了器件体积。
3、本发明采用高温钎接材料，确保器件热端能够在200℃的温度条件下长期工作。
附图说明
图1是本发明制备的碲化铋温差发电器件仰视示意图；
图2是图1的主视示意图；
图3是图2的俯视示意图；
图4是本发明制备的碲化铋温差发电器件魔方。
其中，1-电连接片，2-聚酰亚胺双面薄膜胶带，3-碲化铋N型单体元件，4-碲化铋P型单体元件。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种碲化铋温差发电器件的制备方法，包括以下步骤：
(1)取热压或或热挤压制备成的N、P碲化铋材料各一块，要求材料垂直于热压压力的表面的边长满足元件的高度尺寸要求；
(2)使用内圆切片机分别将(1)中P、N型材料切割成高度和厚度之比大于15的薄片；
(3)用双面薄膜胶带将切好的碲化铋N型薄片和碲化铋P型薄片以N-P-N-P-N-P-相互间隔的方式黏贴在一起，并确保片与片之间整齐对正；
(4)用内圆切片机分别将(3)中黏贴而成的多片材料切割成高度和厚度与(2)中高度和厚度相同的薄片，制成端面边长为0.6mm-1.0mm的正方形、高度为15mm-25mm的碲化铋N型单体元件3和碲化铋P型单体元件4，所述N型单体元件和P型单体元件均为高度截面积比大于15的长方体；
(5)将(4)中切割好的薄片相临层以N-P-N-P-N-P-相互交错的方式黏贴在一起，确保全部单体元件之间对正整齐，形成一端为冷面、另一端为热面的温差发电器件魔方；
(6)将(5)中温差发电器件魔方的冷、热两端面相临的N型单体元件和P型单体元件为一组，采用270℃-320℃的无铅BiSn\SbSn\BiSb基钎料进行集成焊接铝板、镀镍覆铜板或金箔制成的电连接片1，完成本发明碲化铋温差发电器件的制备方法的制作。
实施例：参照附图1-图4。
以由32对尺寸为0.8mm×0.8mm×20mmP-N碲化铋N型和P型单体元件构成的碲化铋微型温差发电器件为例，描述本发明碲化铋温差发电器件的制备方法的制作过程。
(1)取热压N、P碲化铋材料各一块，要求材料垂直于热压压力的表面的边长满足元件的高度尺寸要求；
(2)使用内圆切片机分别将P、N型材料切割成0.8mm×20mm的薄片。
(3)用厚度0.4mm的聚酰亚胺双面薄膜胶带将切好的碲化铋N型薄片和碲化铋P型薄片按照图2所示N-P-N-P-N-P-相互间隔的方式黏贴在一起，并确保片与片之间整齐对正。
(4)用内圆切片机分别将由P、N型材料黏贴而成的多片材料切割成厚度0.8mm的薄片。
(5)将切割好的元件条以N-P-N-P-N-P-相互间隔的方式黏贴在一起，构成图4所示的器件魔方，确保上下元件之间整齐对正。
(6)按照图1和图3所示的器件冷热端电连接片的排列图样，采用熔点为290℃的SbSn基钎料进行冷热端铝制电连接片焊接，完成本发明碲化铋温差发电器件的制备方法的制作。
本发明碲化铋温差发电器件的制备方法的工作原理为：在碲化铋温差发电器件的制备方法的热端输入的热功率，器件自然建立起温差，然后器件利用碲化铋材料自身的塞贝克效应将输入的热能直接转换为电能，产生直流电压和直流电流。
Claims (5)
1.一种碲化铋温差发电器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴取热压或热挤压制备成的N、P碲化铋材料各一块，要求材料垂直于热压压力的表面的边长满足元件的高度尺寸要求；
⑵使用内圆切片机分别将⑴中P、N型材料切割成高度和厚度之比大于15的薄片；
⑶用双面薄膜胶带将切好的碲化铋N型薄片和碲化铋P型薄片以N-P-N-P-N-P-相互间隔的方式黏贴在一起，并确保片与片之间整齐对正；
⑷用内圆切片机分别将⑶中黏贴而成的多片材料切割成高度和厚度与⑵中高度和厚度相同的薄片，形成尺寸相同、端面为正方形的碲化铋N型单体元件和碲化铋P型单体元件,所述N型单体元件和P型单体元件均为高度截面积比大于15的长方体；
⑸将⑷中切割好的薄片相临层以N-P-N-P-N-P-相互交错的方式黏贴在一起，确保全部单体元件之间对正整齐，形成一端为冷面、另一端为热面的温差发电器件魔方；
⑹将⑸中温差发电器件魔方的冷、热两端面相临的N型单体元件和P型单体元件为一组，采用270℃-320℃的无铅BiSn\SbSn\BiSb基钎料进行集成焊接电连接片，完成所述碲化铋温差发电器件的制备方法的制作。
2.根据权利要求1所述的碲化铋温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述⑹中钎料为熔点290℃的SbSn。
3.根据权利要求1所述的碲化铋温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述⑶中双面薄膜胶带为厚度小于0.4mm的聚酰亚胺双面薄膜胶带。
4.根据权利要求1所述的碲化铋温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述⑹中电连接片为铝板、镀镍覆铜板或金箔。
5.根据权利要求1所述的碲化铋温差发电器件的制备方法，其特征在于：所述⑷中碲化铋N型单体元件和碲化铋P型单体元件的正方形端面边长为0.6mm-1.0mm，高度为15mm-25mm。
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