CN106601901A - 一种高温氧化物薄膜热电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温氧化物薄膜热电模块，属于功能薄膜材料及器件领域。其特征在于，包括：至少一组热电对，所述热电对由P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜组成，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜分别生长于双面抛光单晶基底的上表面和下表面，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜呈X形交叉分布，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜由电极依次连接，形成两个串联通路。本发明相比现有π型薄膜热电模块在单位面积上的输出功率密度显著提高，且电极用金量显著减少，成本降低。
Description
技术领域
本发明公开了一种高温氧化物薄膜热电模块，属于功能薄膜材料及器件领域。
背景技术
氧化物基热电材料相比传统合金热电材料，具有高温性能稳定、抗氧化性和无毒性等优点，受到广泛关注，氧化物薄膜热电模块也成为新兴研究焦点。
然而，以块材热电模块为基础逐渐发展、演变形成的氧化物薄膜热电模块，其模块结构并没有脱离传统π型模块的构型，即P、N型氧化物薄膜在基底同一表面平行、交替排列并由金电极串联联结，如附图1所示。π型薄膜热电模块虽然从原理上可实现模块的温差-电转换，但P-N热电对集成度小，没有体现出薄膜材料低维、构型灵活的优势，模块单位面积的输出功率密度较小，且金电极用量大，模块制造成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有π型薄膜热电模块功率密度小、电极成本高的问题。
本发明的目的在于提供一种高温氧化物薄膜热电模块，包括至少一组热电对，所述热电对由P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜组成，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜分别生长于双面抛光单晶基底的上表面和下表面， P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜呈X形交叉分布，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜由电极依次连接，形成两个串联通路。
本发明所述P型氧化物薄膜是所有空穴作为主要载流子的薄膜材料，为现有材料，优选的，所述P型氧化物薄膜为Ca3Co4O9、Sr3Co4O9、CaxCoO2、SrxCoO2、NaxCoO2、CuCrO2、CuAlO2中的一种。
本发明所述N型氧化物薄膜是所有电子作为主要载流子的薄膜材料，为现有材料，述N型氧化物薄膜为ZnO、CaMnO3、SrTiO3、In2O3中的一种。
优选的，本发明P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜呈X形交叉分布，交叉夹角为10°~90°。
优选的，本发明双面抛光单晶基底为Al2O3(0001)、LaAlO3(100)、SrTiO3(100)、(LaxSr1-x)(AlyTa1-y)O3(100)中的一种。
优选的，本发明所述双面抛光单晶基底的厚度0.1~0.5mm，长度10~50mm，宽度5~20mm，表面抛光等级Ra≤15Å。
本发明所述电极为所有可以实现P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜的电串联的电极，优选电极为金电极。
优选的，本发明所述电极位于双面抛光单晶基底的侧面，实现P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜的电串联。
本发明的有益效果是：
在相同技术极限所能达到的最小薄膜宽度和薄膜间距下，模块集成度显著提高，单位面积上的输出功率密度显著增大；在相同工作条件下，达到相同输出功率或输出电压所需占用的空间和基底用料减少；显著减少了电极用量，制造成本降低。
附图说明
图1为现有技术π型氧化物薄膜热电模块的构型。
图2为本发明高温氧化物薄膜热电模块的俯视图。
图3为本发明高温氧化物薄膜热电模块的侧视图。
图4为实施例1中高温氧化物薄膜热电模块的俯视图。
图中：1-热电对；11- P型氧化物薄膜；12- N型氧化物薄膜；2-双面抛光单晶基底；3-电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种高温氧化物薄膜热电模块，参见附图4，包括两组热电对1，所述热电对由P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12组成，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别生长于双面抛光单晶基底2的上表面和下表面， P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12呈X形交叉分布，夹角为90°；金电极3位于单晶基底的侧面，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12由金电极3依次连接，形成两个串联通路。
本实施例中P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别选用P- Ca3Co4O9和N- ZnO薄膜；双面抛光单晶基底选用Al2O3(0001)，长×宽×厚=10mm×5mm×0.1mm，表面抛光等级Ra=15 Å。
本实施例的高温氧化物薄膜热电模块，在相同技术极限所能达到的最小薄膜宽度和薄膜间距下，P-N薄膜热电对的集成度提高，单位面积模块的输出功率密度显著提高，在相同工作条件下，达到相同输出功率或输出电压所需占用的空间和基底用料减少，且金电极用量减少，制造成本降低。
实施例2
一种高温氧化物薄膜热电模块，参见附图2、3，包括五组热电对1，所述热电对由P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12组成，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别生长于双面抛光单晶基底2的上表面和下表面， P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12呈X形交叉分布，夹角为60°；金电极3位于单晶基底的侧面，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12由金电极3依次连接，形成两个串联通路。
本实施例中P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别选用P- CaxCoO2和N-CaMnO3薄膜；双面抛光单晶基底选用LaAlO3(100)，长×宽×厚=30mm×10mm×0.5mm，表面抛光等级Ra=10 Å。
本实施例的高温氧化物薄膜热电模块，在相同技术极限所能达到的最小薄膜宽度和薄膜间距下，P-N薄膜热电对的集成度提高，单位面积模块的输出功率密度显著提高，在相同工作条件下，达到相同的输出功率或输出电压所需占用的空间和基底用料减少，且金电极用量减少，制造成本降低。
实施例3
一种高温氧化物薄膜热电模块，参见附图2、3，包括五组热电对1，所述热电对由P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12组成，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别生长于双面抛光单晶基底2的上表面和下表面， P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12呈X形交叉分布，夹角为10°；金电极3位于单晶基底的侧面，P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12由金电极3依次连接，形成两个串联通路。
本实施例中P型氧化物薄膜11和N型氧化物薄膜12分别选用P- CuCrO2和N- In2O3薄膜；双面抛光单晶基底选用(LaxSr1-x)(AlyTa1-y)O3(100)，长×宽×厚=50mm×20mm×0.1mm，表面抛光等级Ra=5 Å。
本实施例的高温氧化物薄膜热电模块，在相同技术极限所能达到的最小薄膜宽度和薄膜间距下，P-N薄膜热电对的集成度提高，单位面积模块的输出功率密度显著提高，在相同工作条件下，达到相同的输出功率或输出电压所需占用的空间和基底用料减少，且金电极用量减少，制造成本降低。
Claims (8)
1.一种高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：包括至少一组热电对，所述热电对由P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜组成，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜分别生长于双面抛光单晶基底的上表面和下表面， P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜呈X形交叉分布，P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜由电极依次连接，形成两个串联通路。
2.根据权利要求1所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述P型氧化物薄膜为Ca3Co4O9、Sr3Co4O9、CaxCoO2、SrxCoO2、NaxCoO2、CuCrO2、CuAlO2中的一种。
3.根据权利要求1所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述N型氧化物薄膜为ZnO、CaMnO3、SrTiO3、In2O3中的一种。
4.根据权利要求1所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜呈X形交叉分布，交叉夹角为10°~90°。
5.根据权利要求1所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述双面抛光单晶基底为Al2O3(0001)、LaAlO3(100)、SrTiO3(100)、(LaxSr1-x)(AlyTa1-y)O3(100)中的一种。
6.根据权利要求5所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述双面抛光单晶基底的厚度0.1~0.5mm，长度10~50mm，宽度5~20mm，表面抛光等级Ra≤15Å。
7.根据权利要求1所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述电极为金电极。
8.根据权利要求7所述的高温氧化物薄膜热电模块，其特征在于：所述电极位于双面抛光单晶基底的侧面，实现P型氧化物薄膜和N型氧化物薄膜的电串联。
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