CN105742476A - 一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。本发明可以提高热电转换效率，且可在无温差，甚至负温差条件下工作。

Description

一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置

技术领域

本发明涉及热能转换为电能技术领域，尤其是指一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置。

背景技术

利用赛贝克效应、帕尔帖效应或者汤姆逊效应可以实现温差发电和热量搬移，温差发电利用环境温度的热能量转换为电能，为一种理想清洁新能源。

现有技术中，制约温差发电在于转换效率低下，普遍在10％以下，严重限制该技术的普及推广。转换效率低的主要原因不是温差发电装置的吸收能力不够，而是放热部位所形成的反向抵抗电压过高，使得温差发电装置的输出电压偏低。

所述温差发电装置必须依赖高、低温度差，没有温差不可能实现热电转换，反过来，在没有外部能量输入时，也无法在无温差环境下实现热量搬移，限制了对环境温度能量利用的便利性。

如图1所示，现有技术温差发电装置结构示意图，该传温差发电装置至少具备高温吸热节点、低温放热节点、以及两段电臂四个组成部分，其中两段电臂均质半导体属性，如图2所示。所述均质温差发电系统可以分解为三个具备热电势落差的部位，分别是高温吸热节点的热电势落差+ΔEa，低温放热节点的热电势落差-ΔEb，以及放热电臂的热电势落差-ΔEc，总的温差电压是这三者的矢量和，即U＝ΔEa-(ΔEb+ΔEc)。高、低温两个节点通过赛贝克效应和汤姆逊效应叠加产生热电势落差，而电臂因为是均质的，半导体属性处处相等，在电臂长度方向完全依靠温度差异来实现热电势落差，纯粹通过汤姆逊效应形成，量级较小。并且低温节点和电臂热电势落差都是与温差电压反向的抵抗电压，是促成放热损耗，减弱输出电压和电功率的不利因素。

而且，在某些环境温度或应用条件下，还可能需要能够在吸热端温度等于或低于放热端温度的条件下进行热电转换或没有外部电源辅助供能条件下的热量搬移，现有温差发电装置也无法满足。

为提高转换效率，目前研究方向多从新材料入手，寻找赛贝克系数高，热电优值Z高的材料，但效果不明显，进展缓慢，不能令人满意。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，以提高热电转换效率。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。

进一步，故意非均匀掺杂电臂段具备不同的掺杂元素浓度，或不同的掺杂元素种类，或不同的掺杂元素配比。

进一步，故意非均匀掺杂电臂段内至少有一段的掺杂浓度沿转换电流方向为单调上升或单调下降。

进一步，掺杂浓度单调上升或下降的电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，或≥2*10³，或≥2*10⁶，或≥2*10⁹，或≥2*10¹²。

进一步，电臂由P型和N型两种半导体组成，或者由单一P型半导体组成，或者单一N型的半导体组成。

进一步，沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调变化的部分，其表面的全部或部分与热源或传递热源能量的导热介质接触或靠近，实现热连接作为吸热部位；沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化的部位的全部或部分表面，与放热环境或散热介质接触或靠近，实现热连接作为放热部位。

进一步，热源物质或传递热源能量的介质，散热环境中的物质或散热介质，为电的不良导体或者绝缘体。

进一步，电臂全部由单调变化的半导体属性分布，沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P。

进一步，电臂沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调变化部分的总长度L1，与半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化部分的总长度L2的比值≥1.5。

进一步，电臂设置为一根，电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的半导体属性分布，电臂的首尾端用导体或半导体以及电路连接成回路，电臂故意非均匀掺杂电臂段与热源或传递热源能量的介质靠近或接触，实现热连接作为吸热部位；电臂与导体的连接节点作为放热部位，与环境或散热介质靠近或接触；所述电臂为P或N型单一类型的半导体，电臂全部或部分形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布；或者不同位置形成不同类型元素掺杂，同时具备P型及N型的两种半导体类型，并且形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布。

进一步，电臂设置为半导体属性分别为P型和N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，电臂掺杂浓度高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度高一端N+或P+连接，两根电臂半导体属性较弱的另一端连接组成回路；故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，而电臂半导体属性较弱的一端连接节点，以及电臂半导体属性较强的一端连接节点作为放热部位，与环境或散热介质接触或靠近。

进一步，电臂设置为半导体属性同为P或同为N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，各电臂中掺杂浓度更高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度较弱的一端P-或N-连接成回路；电臂故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，实现热连接，电臂两端的连接节点至少一个为放热节点。

采用上述方案后，本发明在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位，电臂形成故意非均匀掺杂电臂段，可以分解为节点热电势落差和电臂段热电势落差两个基本部分，其中电臂段热电势落差+ΔEc与输出电压同向，而节点热电势落差ΔEa和ΔEb有可能都是抵抗电压，同时取负值，也可能分别取正值和负值。整体输出电压U＝ΔEc-(ΔEa+ΔEb)，或U＝ΔEc-(ΔEa-ΔEb)，或U＝ΔEc-(-ΔEa+ΔEb)。

本发明可以配置一个放热节点，另一个节点和故意非均匀掺杂电臂段都作为吸热部位，热电势落差的方向与最终电压方向一致，因此抵抗电压的比例减小，转换效率及功率得以提高。同时，电臂依靠自身半导体属性分布，在连接节点较长的距离内实现热电势总落差值ΔEc，比连接节点依靠材质差异形成的短距离半导体属性突变所形成的热电势落差ΔEa或ΔEb的绝对值更大，二者的差值要比传统均质电臂装置中同样的差值绝对值更大，因此抵消之后留存下来的电压值更高，输出电压、功率、转换效率都更高。

附图说明

图1为现有技术热电转换装置的结构示意图；

图2为现有技术热电转换装置电臂掺杂浓度的示意图；

图3a及图3b为本发明电臂掺杂示意图；

图4为本发明第一实施例的结构示意图；

图5为本发明第二实施例的结构示意图；

图6为本发明第三实施例的结构示意图；

图7为本发明第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。

本发明揭示一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。

故意非均匀掺杂电臂段通过人为措施，故意在沿热电转换电流方向，采用包括但不仅限于晶体生长、原材料混合、高温扩散、离子注入等掺杂工艺，通过对工艺流程、参数的控制，比如控制掺杂物质的浓度、种类、配比，掺杂过程的压力、掺杂窗口的宽度和间隔距离、窗口移动速度、工艺温度、处理时间、离子注入的扫描区域选择等措施，对电臂全部或某些部分实施非均匀掺杂，使掺杂之后该全部或部分电臂段在某些不同位置具备不同的掺杂元素浓度，或不同的掺杂元素种类，或不同的掺杂元素配比，总之，在某些不同位置具备差异化的半导体属性，不仅包括P型、N型和本征型三种半导体类型的不同，还包括虽同为P或N类型，但半导体属性强弱程度的不同。

故意非均匀掺杂电臂段内至少有一段的掺杂浓度沿转换电流方向为单调上升或单调下降。掺杂浓度单调上升或下降的电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，或≥2*10³，或≥2*10⁶，或≥2*10⁹，或≥2*10¹²。

电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，故意非均匀掺杂电臂段两端在同样温度条件下会形成较小程度的热电势差异，在确保故意非均匀掺杂两端温度严格相等的条件下，就会出现不为零的电压差。

随着掺杂浓度之比的增大，故意非均匀掺杂电臂段两端热电势差异会逐步扩大，在故意非均匀掺杂电臂段两端温度严格相等的条件下，电压差会随之增大。而半导体掺杂浓度可以高达10的十几次方个单位，因此其两端浓度之比可以是在很大范围内进行选择的。

对于掺杂浓度之比<2，虽然也存在差异，但该掺杂浓度之比与均质掺杂的情况十分接近，与传统热电转换装置的特征相似。

整个非均匀掺杂电臂段内，各个位置的掺杂浓度都会影响到整个热电转换装置在热电转换过程中的输出电压、电流、功率等。同样长度的电臂，同样的温度分布，同样的首尾端半导体属性，只要内部沿电流方向的掺杂浓度分布不同，最终组成的热电转换装置的电参数就会不同。控制并调整内部掺杂浓度分布，对于调整温度电压、输出功率、效率都有明显影响。

电臂可以由P型和N型两种半导体组成，或者由单一P型半导体组成，或者单一N型的半导体组成。

沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调连续变化的部分，其表面的全部或部分与热源或传递热源能量的导热介质接触或靠近，实现热连接作为吸热部位；沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化的部位的全部或部分表面，与放热环境或散热介质接触或靠近，实现热连接作为放热部位。

热源物质或传递热源能量的介质，散热环境中的物质或散热介质，为电的不良导体或者绝缘体。以连续一段非均匀掺杂电臂段为例，在吸热发电过程中，可以等效为一个电池，其前、后端可以看做电池的两极，当热源物质或导热介质与之接触时，如果电阻率较小，则等同于在电臂段两极并联了一个电回路，会形成电功率耗散，相当于一定程度的短路。

为了避免所述情况发生，需要热源物质或传递热能介质具备尽可能高的电阻率，最好是绝缘体。为了更好的导热性能，或者需要适当减少该电臂段的输出功率，也可以配置具备微弱的导电能力，但总体上电阻率必须保持一个较大的水平。

热电转换装置中与电臂相连接的导体或半导体节点，也具备吸热或放热的特征，也是电压形成的一部分，与他们接触的热源或热介质或散热物质也需具备足够好的绝缘性能。

整根电臂全部可以配置为沿同一方向单调变化的半导体属性分布，沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P。

同一根电臂也可以划分为多段，其中某些段是均匀掺杂，具备相同半导体属性分布特征的，另外其它段都沿同样的转换电流矢量的正方向，从电流输入一端到输出的另一端实现从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的半导体属性分布。

电臂还可以沿转换电流矢量的正方向划分为多段，其中半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调变化部分的总长度L1，与半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调变化部分的总长度L2的比值≥1.5，过小的长度比例会导致转换效率明显削弱。

假设沿转换电流方向，任意两个相等长度电臂段微元dl1＝dl2，在温度恒定相等条件下，其半导体属性按某个方向单调变化，并分别具备两个不同的变化斜率绝对值|dρ1|/dl1和|dρ2|/dl2，其中|dρ1|/dl1>|dρ2|/dl2，斜率绝对值更大的微元所产生的电压增量绝对值更大，|dU1|>|dU2|。但是，半导体属性变化斜率之比，并不等于电压增量之比，通常情况下半导体属性变化斜率之比要大一些，即 $\frac{\left|{\mathrm{d\&rho;}1}^{\&prime;}\right|}{\left|{\mathrm{d\&rho;}2}^{\&prime;}\right|}>\frac{\mathrm{dU}1}{\mathrm{dU}2}.$

上述分析结果可以定性理解为半导体属性变化更快的电臂段，对应两端点产生的电压绝对值更大，但是电压增大的速度落后于半导体属性变化的速度。

假设两个宏观长度的电臂段L1和L2，内部半导体属性变化斜率分别都是恒定的|dρ1’|和|dρ2’|，设|dρ1’|>|dρ2’|，当两段电臂各自首尾两端点的半导体属性对应相同时，L1<L2，并且满足其中每一个长度微元都会产生电压，而电压在串联方向是简单代数相加，因此L1和L2两段电臂所产生的宏观电压之比是 $\frac{U1}{U2}=\frac{\mathrm{dU}1}{\mathrm{dU}2}\&CenterDot;\frac{L1}{L2}=\frac{\mathrm{dU}1}{\mathrm{dU}2}\&CenterDot;\frac{\left|\mathrm{d\&rho;}{2}^{\&prime;}\right|}{\left|{\mathrm{d\&rho;}1}^{\&prime;}\right|}=\frac{\frac{\mathrm{dU}1}{\mathrm{dU}2}}{\frac{\left|{\mathrm{d\&rho;}1}^{\&prime;}\right|}{\left|{\mathrm{d\&rho;}2}^{\&prime;}\right|}}.$ 前面推导了 $\frac{\left|{\mathrm{d\&rho;}1}^{\&prime;}\right|}{\left|{\mathrm{d\&rho;}2}^{\&prime;}\right|}>\frac{\mathrm{dU}1}{\mathrm{dU}2},$ 所以一定有U1<U2，即两段首尾半导体属性相同的非均匀掺杂电臂，在温度处处相等，内部半导体属性变化斜率均匀一致条件下，较长电臂L2所产生的电压U2绝对值更高。为了利于热电转换装置输出更高的电压，往往把吸热电臂段内部的半导体属性变化调整得更缓慢，整体长度更长，电臂内其他半导体属性反方向变化段的长度更短，变化更快。

以下以具体实施例对本发明予以进一步说明：

如图4所示，本发明揭示的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置第一实施例；如图5所示，本发明揭示的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置第二实施例；如图6所示，本发明揭示的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置第三实施例；所述三个实施例相同之处在于电臂都设置为一根，不同之处在于，第一实施例电臂从一端到另一端分别由N型和P型半导体组成。

电臂设置为一根，电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的半导体属性分布，电臂的首尾端用导体或半导体以及电路连接成回路，电臂故意非均匀掺杂电臂段与热源或传递热源能量的介质靠近或接触，实现热连接作为吸热部位；电臂与导体的连接节点作为放热部位，与环境或散热介质靠近或接触。

如图5及图6所示，电臂为P或N型单一类型的半导体，电臂全部或部分形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布。

如图4所示，或者不同位置形成不同类型元素掺杂，同时具备P型及N型的两种半导体类型，并且形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布。

如图7所示，本发明揭示的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置第四实施例，本实施例中，电臂设置为半导体属性分别为P型和N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，电臂掺杂浓度高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度高一端N+或P+连接，两根电臂半导体属性较弱的另一端连接组成回路；故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，而电臂半导体属性较弱的一端连接节点，以及电臂半导体属性较强的一端连接节点作为放热部位，与环境或散热介质接触或靠近；或者，故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，电臂半导体属性较弱的一端连接节点作为吸热部位，而电臂半导体属性较强的一端连接节点作为放热部位，与环境或散热介质接触或靠近。

当然，电臂也可以设置为半导体属性同为P或同为N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，各电臂中掺杂浓度更高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度较弱的一端P-或N-连接成回路；电臂故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，实现热连接，电臂两端的连接节点至少一个为放热节点。

利用非均匀掺杂电臂组成的热电转换装置，可以实现两个或多个的串联、并联或串并结合形式的电连接，以调整输出能力，获取所需的输出参数，各级可能是相同的结构，也可能是不同的单根或多根电臂的结构，并且也可以与其他传统的均质温差发电装置进行类似的电连接。

本发明在环境温度相同的无温差条件下，非均匀掺杂电臂内部各个不同位置的热电势水平仍然是不同的，还是会形成热电势落差，从而形成电压。当组成回路之后，完全依靠电臂内掺杂浓度的落差，也可产生输出电压、电流，对外输出功率，可以在无温差条件下继续工作。

同时，当放热节点的温度高于吸热部分的温度时，形成了负温差。只要不超过门限值，热电转换仍然能够持续进行，系统继续工作，只有当负温差过大，达到或超过门限值时，系统才会停止工作。在负温差情况下对应低温吸热节点的电流方向是从N-->P，或从N+-->N-，或从P--->P+，高温放热节点的电流方向则与之相反。

本发明应用包括但不限于燃料发电机、太阳能发电、海水温度发电、气温发电、空调设备、冰箱冰柜、空气能制热设备、制冰机、废热回收设备、主动方式的散热器、海水淡化、电力驱动的汽车、飞机、轮船、便携式设备等。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (12)

1.一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：包括电臂，在转换电流方向，电臂全部或部分为故意非均匀掺杂，形成不均匀的半导体属性分布，以故意非均匀掺杂电臂段的全部或至少一部分为吸热部位，与热源进行热连接，吸入热功率进行热电转换；电臂的至少一部分作为放热部位。

2.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：故意非均匀掺杂电臂段，沿电流方向的某些不同部位，按照不同的掺杂元素浓度，或不同的掺杂元素种类，或不同的掺杂元素配比进行掺杂处理，具备不同的半导体属性强弱程度，P-和P+，或者N-和N+。

3.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：故意非均匀掺杂电臂段内至少有一段的半导体属性强弱程度沿转换电流方向为单调增强或单调减弱。

4.如权利要求3所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：掺杂浓度单调上升或下降的电臂段两端的高低掺杂浓度之比≥2，或≥2*10³，或≥2*10⁶，或≥2*10⁹，或≥2*10¹²。

5.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂由P型和N型两种半导体组成，或者由单一P型半导体组成，或者单一N型的半导体组成。

6.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：沿转换电流矢量的正方向，电臂半导体属性分布按照从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的趋势单调连续变化的部分，其表面的全部或部分与热源或传递热源能量的导热介质接触或靠近，实现热连接作为吸热部位；沿转换电流矢量的正方向，半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调连续变化的部位的全部或部分表面，与放热环境或散热介质接触或靠近，实现热连接作为放热部位。

7.如权利要求6所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：直接与半导体电臂接触的热源物质或传递热源能量的介质；散热环境中直接与半导体电臂接触的的物质或散热介质，为电的不良导体或者绝缘体。

8.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：沿转换电流矢量的正方向，电臂中所有半导体属性连续变化的部位，半导体属性分布变化趋势都是从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P的。

9.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂沿转换电流矢量的正方向，某些段半导体属性变化趋势与另外某些段的变化趋势是相反的，其中半导体属性分布从P-到P+，或从N+到N-，或从N到P单调连续变化部分的总长度L1，与半导体属性分布从P+到P-，或从N-到N+，或从P到N单调连续变化部分的总长度L2的比值≥1.5。

10.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂设置为一根，电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的半导体属性分布，电臂的首尾端用导体或半导体以及电路连接成回路，电臂故意非均匀掺杂电臂段与热源或传递热源能量的介质靠近或接触，实现热连接作为吸热部位；电臂与导体的连接节点作为放热部位，与环境或散热介质靠近或接触；所述电臂全部为P或全部为N型单一类型的半导体，电臂全部或部分实施故意非均匀掺杂，形成单调变化的半导体属性分布；或者电臂不同位置实施不同P和N类型元素掺杂，分别具备P型及N型的两种半导体类型，并且形成故意非均匀掺杂电臂段单调变化的半导体属性分布。

11.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂设置为半导体属性分别为P型和N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，电臂掺杂浓度高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度高一端N+或P+连接，两根电臂半导体属性较弱的另一端连接组成回路；故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，而电臂半导体属性较弱的一端连接节点，以及电臂半导体属性较强的一端连接节点作为放热部位，与环境或散热介质接触或靠近。

12.如权利要求1所述的一种用非均匀掺杂半导体作为电臂的热电转换装置，其特征在于：电臂设置为半导体属性同为P或同为N型的两根，每一根电臂沿转换电流方向的全部或一部分具备单调上升或单调下降的掺杂浓度，各电臂中掺杂浓度更高的一端P+或N+与另一个电臂掺杂浓度较弱的一端P-或N-连接成回路；电臂故意非均匀掺杂电臂段作为吸热部位，与热源或传递热源能量的介质接触或靠近，实现热连接，电臂两端的连接节点至少一个为放热节点。