CN104409621A - 一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法，其中，该热电器件包括：上层柔性绝缘基片、下层柔性绝缘基片、M个热电单元、下层导电膜和M-1个第一绝缘层；M个热电单元，置于上层柔性绝缘基片和下层柔性绝缘基片的中间，且M个热电单元通过下层导电膜相串联，一个第一绝缘层置于两个热电单元之间，M-1个第一绝缘层置于M个热电单元之间；每个热电单元包括P型半导体薄膜热电元件、N型半导体薄膜热电元件、上层导电膜和第二绝缘层，P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件通过上层导电膜相连通，且第二绝缘层位于P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件中间。

Description

一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法。

背景技术

随着全球工业化进程的加速，矿物能源的短缺和枯竭成为人类面临的重大课题；而另一方面，人类对能源的利用率又太低，比如火电厂的燃煤利用率大约为40％，铝电解的能源利用率大约为30％，其中有大量的低品位热被浪费。

在现有技术中，利用热电器件可收集利用大量的低品味热，将低品味热转换为相应的电能。在实际应用中，将热电器件的一侧贴于产生低品味热的装置的表面，即可将相应的低品味热转换为电能。

由于现有技术中的热电器件均为硬质的，因此当产生低品味热的装置的表面不规则时，热电装置并不能牢固的贴于上述装置的表面，进而不能利用上述装置所产生的低品味热。

发明内容

本发明实施例中提供了一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法，以在产生低品味热的装置的表面不规则时，可牢固的贴于该装置的表面，进而可利用该装置所产生的低品味热。除此本发明采用化学镀技术制备导电薄膜，电镀技术制备P型薄膜热电元件和N型薄膜热电元件，工艺条件温和，便于大规模自动化生产。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种半导体薄膜型的热电器件，包括：上层柔性绝缘基片、下层柔性绝缘基片、M个热电单元、下层导电膜和M-1个第一绝缘层，所述M为整数；

其中，所述M个热电单元，置于所述上层柔性绝缘基片和下层柔性绝缘基片的中间，且M个热电单元通过下层导电膜相串联，一个第一绝缘层置于两个热电单元之间，M-1个第一绝缘层置于所述M个热电单元之间；

每个热电单元包括P型半导体薄膜热电元件、N型半导体薄膜热电元件、上层导电膜和第二绝缘层，所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件通过所述上层导电膜相连通，且所述第二绝缘层位于所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件中间。

优选的，所述上层导电膜为铜膜或银膜，所述下层导电膜为铜膜或银膜。

优选的，所述上层柔性绝缘基片由聚酰亚胺薄片、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS塑料薄片或纳米陶瓷薄片制成，所述下层柔性绝缘基片由聚酰亚胺薄片、ABS塑料薄片或纳米陶瓷薄片制成。

一种制备半导体薄膜型热电器件的方法，所述方法包括：

在上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜；

在所述上层导电膜上，每间隔预设长度，印刷绝缘层；

在所述绝缘层的间隔位置，镀M个P型半导体薄膜热电元件；

除去所述上层导电膜下表面的绝缘层；

在每个P型半导体薄膜型热电元件的周围，印刷绝缘层；

在P型半导体薄膜热电元件的间隔位置，镀M个N型半导体薄膜热电元件；

除去所述P型半导体薄膜热电元件周围的绝缘层；

在所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件间印刷第二绝缘层；

腐蚀掉所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件间的上层导电膜；

在所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件间印刷第一绝缘层；

在所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件的下方镀下层导电膜；

将所述下层导电膜粘贴至下层柔性绝缘基片的上表面。

优选的，所述在上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜，包括：

采用化学镀技术在所述上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜。

优选的，所述在上层导电膜中未被绝缘层覆盖的位置，镀M个P型半导体薄膜热电元件，包括：

在所述上层导电膜中未被绝缘层覆盖的位置，采用电化学方法从左至右依次电镀M个P型半导体薄膜热电元件；

所述P型半导体薄膜热电元件的电镀温度为大于25摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值大于1，小于3。

优选的，所述在上层导电膜中未被绝缘层和P型半导体薄膜热电元件覆盖的位置，镀M个N型半导体薄膜热电元件，包括：

在所述上层导电膜中未被绝缘层和P型半导体薄膜热电元件覆盖的位置，采用电化学方法从左至右依次电镀M个N型半导体薄膜热电元件；

所述N型半导体薄膜热电元件的电镀温度为大于30摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值为大于0，小于1。

本发明的有益效果包括：在本发明实施例中，上层柔性绝缘基片和下层柔性绝缘基片均为柔性的，P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件亦为柔性，上层导电膜和下层导电膜亦为柔性，可见，本发明的整个半导体薄膜型的热电器件均为柔性的，因此采用本发明的半导体薄膜型的热电器件，可牢固的贴于表面不规则的装置上，进而可利用表面不规则的装置所产生的低品味热。除此本发明采用化学镀技术制备导电薄膜，电镀技术制备P型薄膜热电元件和N型薄膜热电元件，工艺条件温和，便于大规模自动化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件的一结构示意图；

图2为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的一结构示意图；

图3为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的另一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的又一结构示意图；

图5为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的另一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的又一结构示意图；

图7为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的另一结构示意图；

图8为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的又一结构示意图；

图9为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的另一结构示意图；

图10为本发明实施例提供的半导体薄膜型的热电器件在制备过程中的又一结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种半导体薄膜型的热电器件及其制备方法，以在产生低品味热的装置的表面不规则时，亦可利用该装置所产生的低品味热。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

首先对本发明实施例的半导体薄膜型的热电器件进行说明，如图1所示，至少包括：上层柔性绝缘基片11、下层柔性绝缘基片12、热电单元13、下层导电膜14和第一绝缘层15；

需要说明的是，图1只是示意性的表示热电单元13以及第一绝缘层15的数量，在实际应用中，热电单元13的数量可为M，第一绝缘层的数量可为M-1，M为整数；

其中，M个热电单元13，置于上层柔性绝缘基片11和下层柔性绝缘基片12的中间，且M个热电单元13通过M-1个下层导电膜14相串联，一个第一绝缘层15置于两个热电单元13之间，M-1个第一绝缘15层置于所述M个热电单元13之间；

每个热电单元13包括P型半导体薄膜热电元件131、N型半导体薄膜热电元件132、上层导电膜133和第二绝缘层134，P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132通过上层导电膜133相连通，且第二绝缘层134位于P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132中间。

在本发明实施例中，优选的，上层导电膜133可具体为铜膜或银膜，下层导电膜14亦可具体为铜膜或银膜；

在本发明实施例中，上层柔性绝缘基片11和下层柔性绝缘基片12具有可塑性强、较薄的特点。上层柔性绝缘基片11和下层柔性绝缘基片12可具体由弹性薄膜材料制成，该弹性薄膜材料能够电绝缘于热源或冷源，同时具有较好的抗热循环疲劳性、较高的绝缘强度、宽的操作范围以及相对好的热传递性等。优选的，在本发明实施例中，上层柔性绝缘基片11可具体由聚酰亚胺薄片、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，Acrylonitri le Butadiene Styrene plastic)塑料薄片或纳米陶瓷薄片制成，下层柔性绝缘基片12亦可具体由聚酰亚胺薄片、ABS塑料薄片或或纳米陶瓷薄片制成。

在本发明实施例中，综合经济性和实用性等方面的考虑，P型半导体薄膜热电元件131可采用锌锑合金制作，N型半导体薄膜热电元件132采用铋锑合金制作；P型半导体薄膜热电元件131是一种空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体，主要靠空穴导电，它沿与电流相同方面传递热量；N型半导体薄膜热电元件132主要靠自由电子导电，沿电流相反方面传递热量。通过交替型P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132，当提供给本发明的热电器件的上层柔性绝缘基片11和下层柔性绝缘基片12一定温度差时，P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132串联连接，整个热电器件将建立一差动电动势，而最终差动电动势的大小取决于P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132的数量。

在本发明实施例中，整个热电器件的大小、P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132的大小均将决定上层导电膜133以及下层导电膜14的厚度。在本发明实施例中，若使整个热电器件支持6-15安培的电流，上层导电膜133以及下层导电膜14的厚度均应大于等于0.076mm，优选的厚度为0.30mm。

由上可见，在本发明实施例中，上层柔性绝缘基片11和下层柔性绝缘基片12均为柔性的，P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132亦为柔性，上层导电膜133和下层导电膜14亦为柔性，可见，本发明的整个半导体薄膜型的热电器件均为柔性的，因此采用本发明的半导体薄膜型的热电器件，可牢固的贴于表面不规则的装置上，进而可利用表面不规则的装置所产生的低品味热。除此本发明采用化学镀技术制备导电薄膜，电镀技术制备P型薄膜热电元件和N型薄膜热电元件，工艺条件温和，便于大规模自动化生产。

与上述热电器件相对应的，本发明还公开了一种制备上述热电器件的方法，至少包括以下步骤：

参见图2，在上层柔性绝缘基片11的下表面镀上层导电膜133；

在本发明实施例中，可具体采用化学镀技术在上层柔性绝缘基片11的下表面镀上层导电膜133。

仍参见图2，在上层导电膜133上，每间隔预设长度，印刷绝缘层21；

在本申请实施例中，印制绝缘层21的数量可具体为M-1个，M为整数；

参见图3，在绝缘层21的间隔位置，镀P型半导体薄膜热电元件131；

在本申请实施例中，在绝缘层21的间隔位置，采用电化学方法电镀M个P型半导体薄膜热电元件131；P型半导体薄膜热电元件131的电镀温度可为大于25摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值大于1，小于3。

参见图3和图4，除去上层导电膜133下表面的绝缘层21；

参见图5，在每个P型半导体薄膜型热电元件131的周围，印刷绝缘层22；

在本申请实施例中，所印制的绝缘层22的数量具体为M个；

参见图6，在P型半导体薄膜热电元件131的间隔位置，镀N型半导体薄膜热电元件132；

在本申请实施例中，在P型半导体薄膜热电元件131的间隔位置，采用电化学方法电镀M个N型半导体薄膜热电元件132；N型半导体薄膜热电元件132的电镀温度可具体为大于30摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值为大于0，小于1。

参见图6和图7所示，除去P型半导体薄膜热电元件131周围的绝缘层22，且在P型半导体薄膜热电元件131和N型半导体薄膜热电元件132间印刷第二绝缘层23；

在本申请实施例中，所印刷的第二绝缘层23的数量可具体为M个；

仍参见图6和图7，腐蚀掉N型半导体薄膜热电元件132和P型半导体薄膜热电元件131间的上层导电膜；

参见图8，在N型半导体薄膜热电元件132和P型半导体薄膜热电元件131间印刷第一绝缘层24；

在本申请实施例中，所印制的第一绝缘层24的数量可具体为M-1个；

参见图9，在N型半导体薄膜热电元件132和P型半导体薄膜热电元件131的下方镀下层导电膜14；

在本申请实施例中，下层导电膜14的数量可根据N型半导体薄膜热电元件132和P型半导体薄膜热电元件131的数量进行设定，在此不再赘述。

参见图10，将下层导电膜14粘贴至下层柔性绝缘基片12的上表面。

由上可见，采用本发明的制备方法，可制备本发明实施例中的半导体薄膜型的热电器件。除此之外，采用本实施例的制备方法，所制备的热电器件的成本较低，且本发明结合了实验室化学镀和电化学镀条件制备热电器件，这是传统构造热电器件的技术难以实现的。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种半导体薄膜型的热电器件，其特征在于，包括：上层柔性绝缘基片、下层柔性绝缘基片、M个热电单元、下层导电膜和M-1个第一绝缘层，所述M为整数；

其中，所述M个热电单元，置于所述上层柔性绝缘基片和下层柔性绝缘基片的中间，且M个热电单元通过下层导电膜相串联，一个第一绝缘层置于两个热电单元之间，M-1个第一绝缘层置于所述M个热电单元之间；

每个热电单元包括P型半导体薄膜热电元件、N型半导体薄膜热电元件、上层导电膜和第二绝缘层，所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件通过所述上层导电膜相连通，且所述第二绝缘层位于所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件中间。

2.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述上层导电膜为铜膜或银膜，所述下层导电膜为铜膜或银膜。

3.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述上层柔性绝缘基片由聚酰亚胺薄片、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS塑料薄片或纳米陶瓷薄片制成，所述下层柔性绝缘基片由聚酰亚胺薄片、ABS塑料薄片或纳米陶瓷薄片制成。

4.一种制备如权利要求1-3任一项所述的热电器件的方法，其特征在于，所述方法包括：

在上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜；

在所述上层导电膜上，每间隔预设长度，印刷绝缘层；

在所述绝缘层的间隔位置，镀M个P型半导体薄膜热电元件；

除去所述上层导电膜下表面的绝缘层；

在每个P型半导体薄膜型热电元件的周围，印刷绝缘层；

在P型半导体薄膜热电元件的间隔位置，镀M个N型半导体薄膜热电元件；

除去所述P型半导体薄膜热电元件周围的绝缘层；

在所述P型半导体薄膜热电元件和N型半导体薄膜热电元件间印刷第二绝缘层；

腐蚀掉所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件间的上层导电膜；

在所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件间印刷第一绝缘层；

在所述N型半导体薄膜热电元件和P型半导体薄膜热电元件的下方镀下层导电膜；

将所述下层导电膜粘贴至下层柔性绝缘基片的上表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜，包括：

采用化学镀技术在所述上层柔性绝缘基片的下表面镀上层导电膜。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在上层导电膜中未被绝缘层覆盖的位置，镀M个P型半导体薄膜热电元件，包括：

在所述上层导电膜中未被绝缘层覆盖的位置，采用电化学方法电镀M个P型半导体薄膜热电元件；

所述P型半导体薄膜热电元件的电镀温度为大于25摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值大于1，小于3。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在上层导电膜中未被绝缘层和P型半导体薄膜热电元件覆盖的位置，镀M个N型半导体薄膜热电元件，包括：

在所述上层导电膜中未被绝缘层和P型半导体薄膜热电元件覆盖的位置，采用电化学方法电镀M个N型半导体薄膜热电元件；

所述N型半导体薄膜热电元件的电镀温度为大于30摄氏度，小于40摄氏度，镀液的PH值为大于0，小于1。