CN105789427A - 热电发电器件及其制备方法 - Google Patents

热电发电器件及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105789427A
CN105789427A CN201610145846.3A CN201610145846A CN105789427A CN 105789427 A CN105789427 A CN 105789427A CN 201610145846 A CN201610145846 A CN 201610145846A CN 105789427 A CN105789427 A CN 105789427A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
electrode
thermoelectric
microns
paste
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610145846.3A
Other languages
English (en)
Inventor
黄宇
欧阳文道
白斌
张旻澍
林建平
林文倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Qianhai Huazhao New Energy Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Qianhai Huazhao New Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Qianhai Huazhao New Energy Co Ltd filed Critical Shenzhen Qianhai Huazhao New Energy Co Ltd
Priority to CN201610145846.3A priority Critical patent/CN105789427A/zh
Publication of CN105789427A publication Critical patent/CN105789427A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/82—Connection of interconnections

Abstract

本发明公开一种热电发电器件的制备方法，包括：提供热电片，包括相对设置的热端和冷端、多个第一电极、多个第二电极、多个p型热电结构以及n型热电结构；通过磁控溅射工艺分别在所述热端和所述冷端的外表面形成润湿金属层；通过电镀工艺分别在所述润湿金属层的外表面形成铜金属层；通过涂覆工艺分别在所述铜金属层的外表面形成焊锡膏层；分别在所述焊锡膏层的外表面设置铜质散热片，并通过回流焊接工艺将所述铜质散热片焊接在所述焊锡膏层的外表面。本发明还提供一种通过上述方法获得的热电发电器件。

Description

热电发电器件及其制备方法
技术领域
本发明涉一种热电发电器件及其制备方法。
背景技术
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地球难于日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统，热电发电对这些应用尤其合适。
利用自然界温差和工业废热均可用于热电发电，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的综合社会效益。另外，利用热电材料制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。因此，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义和市场前景。现有的热电发电器件一般在热电片的两侧通过导热膏将两个铝制的散热结构相粘结，由于散热片一般使用铜质材料，与铝制的散热结构导热系数及膨胀系数不同，故，导致现有的热电发电器件发电效率较低。
发明内容
本发明提供一种热电发电器件及其制备方法，可有效解决上述问题。
一种热电发电器件的制备方法，包括以下步骤：
提供热电片，包括相对设置的热端和冷端、多个第一电极、多个第二电极、多个p型热电结构以及n型热电结构，所述第一电极设置于所述热端的内表面，所述第二电极设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构和n型热电结构交替间隔排列，并通过第一电极和第二电极串联；
通过磁控溅射工艺分别在所述热端和所述冷端的外表面形成润湿金属层；
通过电镀工艺分别在所述润湿金属层的外表面形成铜金属层；
通过涂覆工艺分别在所述铜金属层的外表面形成焊锡膏层；
分别在所述焊锡膏层的外表面设置铜质散热片，并通过回流焊接工艺将所述铜质散热片焊接在所述焊锡膏层的外表面。
一种热电发电器件，包括：热电片，包括相对设置的热端和冷端、多个第一电极、多个第二电极、多个p型热电结构以及n型热电结构，所述第一电极设置于所述热端的内表面，所述第二电极设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构和n型热电结构交替间隔排列，并通过第一电极和第二电极串联；两层润湿金属层分别设置于所述热端和所述冷端的外表面；两层铜金属层分别设置于所述两层润湿金属层的外表面；两层焊锡膏层分别设置于所述两层铜金属层的外表面；两个铜质散热片分别设置于所述两层焊锡膏层的外表面。
优选的，所述润湿金属层的厚度为10纳米到500纳米。
优选的，所述润湿金属层的厚度为50纳米到100纳米。
优选的，所述铜金属层的厚度为1微米到100微米。
优选的，所述铜金属层的厚度为20微米到50微米。
优选的，所述焊锡膏层的厚度为1微米到100微米。
优选的，所述焊锡膏层的厚度为20微米到50微米。
优选的，所述焊锡膏层的厚度为30微米到40微米。
本发明提供的热电发电器件及其制备方法，通过润湿金属层、铜金属层以及焊锡膏层将所述热电片以及所述铜质散热片焊接在一起，由于所述热电发电器件的材料较为均一，故，其整体具有较为均一的导热系数及膨胀系数，从而可以提高所述热电发电器件的效率。另外，通过磁控溅射工艺形成的润湿金属层可以与所述铜金属层及热电片形成良好的润湿，故，所述铜质散热片不易于从所述热电片表面脱离。另外，所述的热电发电器件的制备方法具有工艺简单，成本低廉等特点。
附图说明
图1为热电发电器件的制备方法流程图。
图2为热电发电器件中的热电片的结构示意图。
图3为热电发电器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请参照图1，本发明提供一种热电发电器件的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供热电片10。
S2，通过磁控溅射工艺分别在所述热端和所述冷端的外表面形成润湿金属层11。
S3，通过电镀工艺分别在所述润湿金属层11的外表面形成铜金属层12；
S4，通过涂覆工艺分别在所述铜金属层12的外表面形成焊锡膏层13；
S5，分别在所述焊锡膏层13的外表面设置铜质散热片14，并通过回流焊接工艺将所述铜质散热片14焊接在所述焊锡膏层13的外表面。
请参照图2，在步骤S1中，所述热电片10包括封装框架105、多个第一电极101、多个第二电极102、多个p型热电结构103以及n型热电结构104。所述封装框架105具有相对设置的热端（图中未标示）和冷端（图中未标示）。所述第一电极101设置于所述热端的内表面，所述第二电极102设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构103和n型热电结构104交替间隔排列，并通过第一电极101和第二电极102串联。所述封装框架105的材料为铜。
在步骤S2中，之所以通过磁控溅射工艺分别在所述热端和所述冷端的外表面形成润湿金属层11，是由于通过电镀工艺形成的铜金属层12与所述热端和所述冷端的外表面润湿性不好，难以紧密的附着在所述热端和所述冷端的外表面。故，分别在所述热端和所述冷端的外表面形成与铜金属可以形成良好润湿性的润湿金属层11，从而可以使后续的铜金属层12可以紧密的形成在所述热端和所述冷端的外表面。优选的，所述润湿金属层11的厚度为10纳米到500纳米。更优选的，所述润湿金属层11的厚度为50纳米到100纳米。所述润湿金属层11的材料为镍、钯、钛及其合金。本实施例中，所述润湿金属层11的厚度约为50纳米的镍层。另外，通过磁控溅射工艺形成，还可以使所述润湿金属层11与所述热端和所述冷端的外表面形成紧密接触。
在步骤S3中，之所以使用电镀工艺形成所述铜金属层12，是由于该铜金属层12需要较大的厚度，通过电镀工艺形成，可以简化工艺并降低成本。优选的，所述铜金属层12的厚度为1微米到100微米。更优选的，所述铜金属层12的厚度为20微米到50微米。本实施例中，所述铜金属层12的厚度为30微米左右。
在步骤S4中，所述焊锡膏层13的厚度为1微米到100微米。优选的，所述焊锡膏层13的厚度为20微米到50微米。更优选的，所述焊锡膏层13的厚度为30微米到40微米。
请参照图2-3，一种热电发电器件100，包括：热电片10，包括相对设置的热端（图中未标示）和冷端（图中未标示）、多个第一电极101、多个第二电极102、多个p型热电结构103以及n型热电结构104，所述第一电极101设置于所述热端的内表面，所述第二电极102设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构103和n型热电结构104交替间隔排列，并通过第一电极101和第二电极102串联；两层润湿金属层11分别设置于所述热端和所述冷端的外表面；两层铜金属层12分别设置于所述两层润湿金属层11的外表面；两层焊锡膏层13分别设置于所述两层铜金属层12的外表面；两个铜质散热片14分别设置于所述两层焊锡膏层13的外表面。
所述热电发电器件100在使用时，其中一个铜质散热片14可以和温度高的水等液体接触，以传导热量给所述p型热电结构103和所述n型热电结构104；其中另一个铜质散热片14可以和温度低的水等液体接触，以将传导热量所述p型热电结构103和所述n型热电结构104的热量传导到热电发电器件100的外部，从而形成从所述热端到所述冷端的热传导通路，进而形成电流。
进一步的，为了获得较佳的铜质散热片14的温度，做如表1对比试验。
表1
当热端的初始温度为100℃，冷端的初始温度为23℃时，经过4分20秒左右，热端的温度变为63℃，冷端的温度变为34℃时，还可以保持电压2.5伏特左右；而当热端的初始温度为80℃，冷端的初始温度为23℃时，经过3分左右，热端的温度变为58℃，冷端的温度变为26℃，就难以检测到电压。由此，所述热端的温度优选为70~100℃，所述冷端的温度优选为20~30℃。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种热电发电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供热电片，包括相对设置的热端和冷端、多个第一电极、多个第二电极、多个p型热电结构以及n型热电结构，所述第一电极设置于所述热端的内表面，所述第二电极设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构和n型热电结构交替间隔排列，并通过第一电极和第二电极串联；
通过磁控溅射工艺分别在所述热端和所述冷端的外表面形成润湿金属层；
通过电镀工艺分别在所述润湿金属层的外表面形成铜金属层；
通过涂覆工艺分别在所述铜金属层的外表面形成焊锡膏层；
分别在所述焊锡膏层的外表面设置铜质散热片，并通过回流焊接工艺将所述铜质散热片焊接在所述焊锡膏层的外表面。
2.一种热电发电器件，其特征在于，包括：
热电片，包括相对设置的热端和冷端、多个第一电极、多个第二电极、多个p型热电结构以及n型热电结构，所述第一电极设置于所述热端的内表面，所述第二电极设置于所述冷端的内表面，所述p型热电结构和n型热电结构交替间隔排列，并通过第一电极和第二电极串联；
两层润湿金属层分别设置于所述热端和所述冷端的外表面；
两层铜金属层分别设置于所述两层润湿金属层的外表面；
两层焊锡膏层分别设置于所述两层铜金属层的外表面；
两个铜质散热片分别设置于所述两层焊锡膏层的外表面。
3.根据权利要求2所述的热电发电器件，其特征在于，所述润湿金属层的厚度为10纳米到500纳米。
4.根据权利要求3所述的热电发电器件，其特征在于，所述润湿金属层的厚度为50纳米到100纳米。
5.根据权利要求2所述的热电发电器件，其特征在于，所述铜金属层的厚度为1微米到100微米。
6.根据权利要求5所述的热电发电器件，其特征在于，所述铜金属层的厚度为20微米到50微米。
7.根据权利要求2所述的热电发电器件，其特征在于，所述焊锡膏层的厚度为1微米到100微米。
8.根据权利要求7所述的热电发电器件，其特征在于，所述焊锡膏层的厚度为20微米到50微米。
9.根据权利要求8所述的热电发电器件，其特征在于，所述焊锡膏层的厚度为30微米到40微米。
10.根据权利要求2所述的热电发电器件，其特征在于，所述润湿金属层的材料为镍、钯、钛或其合金。
CN201610145846.3A 2016-03-15 2016-03-15 热电发电器件及其制备方法 Pending CN105789427A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610145846.3A CN105789427A (zh) 2016-03-15 2016-03-15 热电发电器件及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610145846.3A CN105789427A (zh) 2016-03-15 2016-03-15 热电发电器件及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105789427A true CN105789427A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56392627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610145846.3A Pending CN105789427A (zh) 2016-03-15 2016-03-15 热电发电器件及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105789427A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1416182A (zh) * 2002-10-24 2003-05-07 上海利浦电子陶瓷厂 敷铜型陶瓷散热基片的制造工艺
CN1582494A (zh) * 2001-11-15 2005-02-16 英特尔公司 在导热散热器上具有润湿层的电子组件
CN101728373A (zh) * 2008-10-30 2010-06-09 雅马哈株式会社 热电模块封装结构及其制造方法
CN101747870A (zh) * 2009-12-18 2010-06-23 东南大学 散热界面材料的制备方法、使用方法及制备装置
CN102515874A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种氮化铝陶瓷的表面金属化方法
CN103413791A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 广州天极电子科技有限公司 一种散热良好的陶瓷覆铜膜热沉模块及其制造方法
US20140024163A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Alphabet Energy, Inc. Method and structure for thermoelectric unicouple assembly
CN104040742A (zh) * 2012-01-16 2014-09-10 科理克株式会社 热电元件及具备该热电元件的热电模块
CN104124217A (zh) * 2014-07-17 2014-10-29 西安电子科技大学 一种高温碳化硅功率器件封装结构及其制备方法
CN205429009U (zh) * 2016-03-15 2016-08-03 深圳前海华兆新能源有限公司 热电发电器件

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1582494A (zh) * 2001-11-15 2005-02-16 英特尔公司 在导热散热器上具有润湿层的电子组件
CN1416182A (zh) * 2002-10-24 2003-05-07 上海利浦电子陶瓷厂 敷铜型陶瓷散热基片的制造工艺
CN101728373A (zh) * 2008-10-30 2010-06-09 雅马哈株式会社 热电模块封装结构及其制造方法
CN101747870A (zh) * 2009-12-18 2010-06-23 东南大学 散热界面材料的制备方法、使用方法及制备装置
CN102515874A (zh) * 2011-12-26 2012-06-27 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种氮化铝陶瓷的表面金属化方法
CN104040742A (zh) * 2012-01-16 2014-09-10 科理克株式会社 热电元件及具备该热电元件的热电模块
US20140024163A1 (en) * 2012-07-23 2014-01-23 Alphabet Energy, Inc. Method and structure for thermoelectric unicouple assembly
CN103413791A (zh) * 2013-08-22 2013-11-27 广州天极电子科技有限公司 一种散热良好的陶瓷覆铜膜热沉模块及其制造方法
CN104124217A (zh) * 2014-07-17 2014-10-29 西安电子科技大学 一种高温碳化硅功率器件封装结构及其制备方法
CN205429009U (zh) * 2016-03-15 2016-08-03 深圳前海华兆新能源有限公司 热电发电器件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. High-temperature and high-power-density nanostructured thermoelectric generator for automotive waste heat recovery
Yazawa et al. Cost-efficiency trade-off and the design of thermoelectric power generators
Perez-Marín et al. Micropower thermoelectric generator from thin Si membranes
Zhu et al. Thin-film solar thermoelectric generator with enhanced power output: Integrated optimization design to obtain directional heat flow
TW201041195A (en) Split-thermo-electric structures
Maduabuchi et al. Thermally induced delamination of PV-TEG: implication of Leg’s joule and Thomson heating
JP5856709B2 (ja) 熱発電ユニットおよび熱発電システム
Reddy et al. Thermoelectric performance of novel composite and integrated devices applied to waste heat recovery
US8519253B2 (en) Method for converting thermal energy into electrical energy
Liu Feasibility of large-scale power plants based on thermoelectric effects
Pennelli et al. High-power thermoelectric generators based on nanostructured silicon
CN103560203A (zh) 一种简单高效的薄膜温差电池结构及其制作方法
JP2015165555A (ja) 熱発電ユニット
Xing et al. Performance of thermoelectric generator with graphene nanofluid cooling
Yazawa et al. Thermoelectric energy conversion devices and systems
Ahadi et al. Using of thermoelectric devices in photovoltaic cells in order to increase efficiency
Newbrook et al. Mathematical model and optimization of a thin-film thermoelectric generator
JP6456160B2 (ja) 熱発電ユニットおよび熱発電システム
CN205429009U (zh) 热电发电器件
JP2006049736A (ja) 熱電モジュール
CN109065697A (zh) 一种环形热电发电器件
CN109065700A (zh) 一种环形热电发电器件的制备方法
CN105006996A (zh) 相变抑制传热温差发电器件及其制造方法
CN105789427A (zh) 热电发电器件及其制备方法
JP5866533B2 (ja) 熱発電ユニット、熱発電システムおよび熱発電モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160720