CN110249440B - 热电烧结体及热电元件 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的热电烧结体包括热电粉末，沿水平方向设置的热电粉末包括：板状片形的多个第一粉末；以及形状与多个第一粉末的形状不同的多个第二粉末，其中，第二粉末的含量为总热电粉末的5体积％以下。

Description

热电烧结体及热电元件
技术领域
实施例涉及一种热电烧结体及热电元件。
背景技术
热电现象是一种由材料中的电子和空穴的移动而产生的现象，并且是指热与电之间的直接能量转换。
热电元件通常是指利用热电现象的元件，并且具有P型热电材料和N型热电材料在金属电极之间结合以形成PN结对的结构。
热电元件可以分类为利用电阻器的温度变化的元件、利用塞贝克效应的元件、利用珀耳帖效应的元件等，塞贝克效应是通过温度差产生电动势的现象，珀耳帖效应是通过电流吸收或产生热的现象。
热电元件被广泛应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热电性能的需求逐渐增加。
这种热电性能可以与构成热电元件的热电臂相关，并且详细地，与构成热电臂的热电烧结体相关。
因此，需要制造能够改善热电性能的热电烧结体。
发明内容
技术问题
实施例旨在提供一种具有改善的均匀性和效率的热电烧结体及热电元件。
技术方案
根据实施例的热电烧结体包括热电粉末，其中，热电粉末设置在水平方向上并且包括具有板状片形的多个第一粉末和形状不同于第一粉末的多个第二粉末，并且第二粉末的含量为整体热电粉末的5vol％(体积百分比)以下。
有益效果
在由根据实施例的热电粉末烧结体制造设备制造的热电粉末烧结体中，热电粉末烧结体的粉末的布置可以是主要设置在一个方向上。也就是说，粉末的布置可以设置在水平方向的一个方向上。
因此，可以降低热电粉末烧结体的热导率，并且可以提高电导率，因此，当将热电粉末烧结体应用于热电元件的热电臂时，热电臂的热电性能可能改善。
另外，由于可以减少引起热电粉末控制单元中的电导率降低的球形热电粉末，因此可以提高热电臂的热电性能。
附图说明
图1是示出根据实施例的热电烧结体制造设备的视图。
图2是根据实施例的热电烧结体制造设备的控制区域的剖视图。
图3是示出根据实施例的第二粉末的形状的视图。
图4是示出第一粉末和第二粉末混合的热电粉末的视图。
图5是示出根据实施例的第一粉末的粒度分布的视图。
图6是示出热电粉末设置在根据实施例的热电烧结体制造设备中的模具部件中的结构的视图。
图7是包括根据实施例的热电烧结体的热电元件的立体图。
图8是包括根据实施例的热电烧结体的热电元件的一个剖视图。
图9是示出根据实施例的热电臂的一个实施例的剖视图。
具体实施方式
虽然本发明易于进行各种修改并且可以采用各种替代形式，但是其具体实施例以示例的方式在附图中示出，并且将在本文中详细描述。然而，应当理解的是，并不旨在将本发明限于所公开的特定形式。相反，本发明将覆盖落入权利要求的精神和范围内的所有修改、等同物和替代。
应当理解的是，尽管本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以类似地被称为第一元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何组合和所有组合。
应当理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，该元件可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。应进一步理解的是，当在本文中使用术语“包括”、“包含”、“包括有”、和/或“含有”时，指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或追加。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应进一步理解的是，诸如常用词典中定义的那些术语的术语应被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，并且不应被解释为理想化或过于正式的意义，除非在此明确定义。
在下文中，将参考附图详细描述示例性实施例。不管附图如何，相同或相应的元件由相同的附图标记表示，并且将省略其重复描述。
在下文中，将参考图1和图2描述根据实施例的热电烧结体制造设备。
参考图1和图2，根据实施例的热电烧结体制造设备可以包括粉末控制单元1000和粉末烧结单元2000。
粉末控制单元1000可以是热电粉末控制装置。另外，粉末烧结单元2000可以是热电粉末烧结设备。
粉末控制单元1000和粉末烧结单元2000可以彼此连接。详细地，粉末控制单元1000可以控制粉末的粒度和浓度，并且被控制的粉末可以移动到粉末烧结单元2000以进行烧结。
粉末控制单元1000和粉末烧结单元2000可以可拆卸地彼此连接。例如，粉末控制单元1000和粉末烧结单元2000可以用作独立的装置，或者粉末控制单元1000和粉末烧结单元2000可以彼此组合以用作单个装置。
粉末控制单元1000可以包括多个区域。例如，粉末控制单元1000可以包括输入区域1A、控制区域2A和供应区域3A。
热电粉末可以被提供于输入区域1A中。例如，热电粉末可以是用于制造热电元件的热电臂的粉末。
例如，热电粉末可以与掺杂添加剂一起研磨。例如，可以通过使用超级混合器、球磨机、磨碎机、三辊磨机(3-roll mill)等将带状粉末和掺杂添加剂混合。
热电粉末可以包含Bi、Te和Se。另外，掺杂添加剂可以包含Cu和Bi2O3。在这种情况下，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.4wt％至99.98wt％的成分比、0.01wt％至0.1wt％的Cu和0.01wt％至0.5wt％的Bi2O3添加之后进行研磨。优选地，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.48wt％至99.98wt％的成分比、0.01wt％至0.07wt％的Cu和0.01wt％至0.45wt％的Bi2O3添加之后进行研磨。并且更优选地，含有Bi、Te和Se的热电材料可以在以99.67wt％至99.98wt％的成分比、0.01wt％至0.03wt％的Cu和0.01wt％至0.30wt％的Bi2O3添加之后进行研磨。
输入区域1A和控制区域2A可以彼此分离。详细地，门1100(gate 1100)可以设置在输入区域1A和控制区域2A之间，并且输入区域1A和控制区域2A可以通过门1100彼此分离。
可以通过外部控制器3000打开和关闭门1100。详细地，当热电粉末被输入到输入区域1A中时，门1100可以保持关闭，因此，输入区域1A和控制区域2A可以彼此分离。
随后，在所有的热电粉末被输入到输入区域1A中之后，可以通过外部控制器3000打开门1100。也就是说，输入到输入区域1A中的热电粉末可以通过打开门1100在控制区域2A的方向上移动。
参考图2，控制区域2A可以包括第一‘区域1A’、第二‘区域2A’和第三‘区域3A’。
第一‘区域1A’、第二‘区域2A’和第三‘区域3A’可以设置为层叠结构。详细地，第二‘区域2A’可以设置在第三‘区域3A’上，第一‘区域1A’可以设置在第二‘区域2A’上。也就是说，第二‘区域2A’可以设置在第一‘区域1A’和第三‘区域3A’之间。
第一过滤部F1可以设置在第一‘区域1A’和第二‘区域2A’之间。另外，第二过滤部F2可以设置在第二‘区域2A’和第三‘区域3A’之间。
第一过滤部F1和第二过滤部F2可以包括多个孔。例如，第一过滤部F1可以包括第一孔H1。另外，第二过滤部F2可以包括第二孔H2。
第一孔H1和第二孔H2可以形成为彼此不同的尺寸。详细地，第一孔H1的尺寸可以小于第二孔H2的尺寸。也就是说，第二孔H2的尺寸可以大于第一孔H1的尺寸。
可以将第一孔H1和第二孔H2的尺寸控制成为合适的尺寸，以分离包括具有不同粒度和形状的粉末的热电粉末。例如，第一孔H1和第二孔H2的尺寸可以小于下面描述的第一粉末的尺寸，并且可以大于第二粉末的尺寸。
例如，第一孔H1的尺寸可以为约1100μm以上。更具体地，第一孔H1的尺寸可以为约1100μm至约1500μm。另外，第二孔H2的尺寸可以为约1500μm以上。详细地，第二孔H2的尺寸可以为约1500μm至2000μm。
另外，振动部1200可以设置在第二‘区域2A’中。振动部1200可以将通过外部控制部件3000施加的振动传递到第一过滤部F1和第二过滤部F2。
振动部1200可以形成为球形、条形或多边形。例如，振动部1200可以包括球形硅球等。
经由输入区域1A注入的热电粉末可以移动到第一‘区域1A’。经由输入区域1A注入的粉末可以包括第一粉末P1和第二粉末P2。
详细地，经由输入区域1A注入的热电粉末可包括具有不同形状的第一粉末P1和第二粉末P2。详细地，第一粉末P1可以形成为带状，即，板状片形。在此，板状片形可以具有长轴和短轴。详细地，板状片形在长轴和短轴上可以具有不同的长度。详细地，板状片形的长轴与短轴之比可以是1：1.2至1：6。更具体地，板状片形的长轴与短轴之比可以是1：1.2到1：2.5。
另外，第二粉末P2可以形成为与板状片形不同的形状。例如，第二粉末P2可以具有球形形状，即，球形，如图3所示。
当制造热电粉末时，热电粉末可能受到快速凝固处理。通过这种冷却处理，热电粉末可以制造成与板状片形热电粉末不同的形状，但其成分和成分比与板状片形热电粉末的成分和成分比相同。
详细地，如图4所示，可以制造具有相同成分和成分比但是形状不同的多个单元粉末混合的热电粉末。
板状片形热电粉末和具有与板状片形热电粉末不同形状的热电粉末可以具有彼此不同的晶格常数，并且当板状片形热电粉末和具有与板状片形热电粉末不同形状的热电粉末被烧结在一起时，热电烧结体的热电性能可能由于电阻的增加等而劣化。
因此，第一粉末P1和第二粉末P2在粉末控制单元1000的第二区域2A中被过滤，并且去除了所有的或大部分第二粉末P2的热电粉末可以移动到粉末烧结单元2000。也就是说，移动到粉末烧结单元2000的大部分热电粉末可以是第一粉末P1。
如上所述，第一粉末P1和第二粉末P2的形状可以彼此不同。即，第一粉末P1和第二粉末P2的粒度可以彼此不同。详细地，第一粉末P1的粒度可以大于第二粉末P2的粒度。详细地，第一粉末P1可以形成为板状片形，第二粉末P2可以形成为球状。
另外，第二粉末P2的粒度可以为约300μm至约1100μm。进一步，第二粉末P2的平均粒度可以为约650μm至约670μm。详细地，如图5所示，第二粉末P2的粒度可以在约300μm至约1100μm的范围，并且在这种情况下，粒度为约650μm至约670μm的第二粉末P2的粒度可以包括最大量。
设置在第一‘区域1A’和第二‘区域2A’之间的第一过滤部F1可以分离第一粉末P1和第二粉末P2。也就是说，通过第一过滤部F1的孔的具有相对较小粒度的第二粉末P2可以通过该孔移动到第二‘区域2A’，并且第一粉末P1可以保留在第一‘区域1A’中。
详细地，可以通过外部控制部件3000将振动施加于粉末控制单元1000。详细地，振动部件1500可以通过控制部件3000进行动作，并且振动部件1500可以将振动施加于控制区域2A。也就是说，振动部件1500可以将振动施加于第一‘区域1A’、第二‘区域2A’和第三‘区域3A’。
施加于控制区域2A的振动传递到振动部1200，并且振动部1200向上和向下移动，并且可以将振动施加于第一粉末P1、第二粉末P2和第一过滤部F1。详细地，振动可以以第一频率施加于第一过滤部F1。
因此，当第一粉末P1和第二粉末P2通过第一频率的振动在竖直方向上移动时，第一粉末P1可以通过第一过滤部F1保留在第一‘区域1A’中，并且仅第二粉末P2可以移动到第二‘区域2A’。
第二过滤部F2可以使移动到第二‘区域2A’的第二粉末P2移动到第三‘区域3A’。
详细地，通过控制部件3000将振动施加于粉末控制单元1000，并且振动部件1500由控制部件3000进行动作，并且振动部件1500可以将振动施加于控制区域2A。施加于控制区域2A的振动传递到振动部1200，并且振动部1200向上和向下移动，并且可以将振动施加于第一粉末P1、第二粉末P2和第二过滤部F2。详细地，振动可以以第二频率施加于第二过滤部F2。在这种情况下，第二频率可以大于第一频率。
因此，第二粉末P2可以从第二‘区域2A’移动到第三‘区域3A’，并且第二粉末P2可以被收集在第三‘区域3A’中。收集在第三‘区域3A’中的第二粉末P2可以经由外部排出。
另外，保留在第一‘区域1A’中的第一粉末P1可以通过第二频率幅度的第二振动被粉碎。因此，可以改善第一粉末P1的整体粒度的均匀性。
控制区域2A中的被粉碎和过筛的粉末可以移动到供应区域3A。详细地，控制区域2A的第一‘区域1A’的第一粉末P1可以移动到供应区域3A。
也就是说，在控制区域2A中，可以控制在输入区域1A中注入的粉末的形状和粒度。详细地，热电粉末的形状可以通过控制区域2A过滤成具有板状片形的第一粉末，并且可以改善板状片形的粒度的均匀性。
详细地，可以通过第一过滤部和第二过滤部去除导致热电粉末的电导率降低的第二粉末、即球形热电粉末，并因此可以改善移动到烧结区域的热电粉末的形状均匀性，并且可以改善在烧结区域中烧结的热电烧结体的热电特性。也就是说，具有与第一粉末的形状和晶格常数不同的形状和晶格常数的第二粉末可能影响第一粉末的布置，并因此在最终制造的热电烧结体内可能产生裂纹或空隙，从而降低由热电烧结体制造的P型热电臂和N型热电臂的电导率。
在这种情况下，由根据实施例的热电粉末制造的热电烧结体的空隙可以是热电烧结体的整个面积的约5％以下。
然而，根据实施例的热电烧结体可以通过使具有与第一粉末的形状和晶格常数不同的形状和晶格常数的第二粉末最小化，来使由于第二粉末引起的电导率的降低最小化，从而改善热电臂的热电特性。
另外，第一粉末可以通过施加于控制区域的振动以规定尺寸被粉碎，从而改善第一粉末的粒度的均匀性。
在粉末烧结单元2000中，在粉末控制单元1000中过筛或粉碎的粉末可以移动。
详细地，粉末烧结单元2000可以通过烧结在粉末控制单元1000中过筛或粉碎的粉末来形成热电烧结体。
粉末烧结单元2000可包括收集部件2100、筛部件2200、模具部件2300和驱动部件2400。
在收集部件2100中，在粉末控制单元1000中过筛或粉碎的粉末可以移动。详细地，在粉末控制单元1000的控制区域2A中过筛和粉碎的粉末可以经由供应区域移动到粉末烧结单元2000的收集部件2100。
也就是说，移动到收集部件2100的粉末可以是第一粉末P1，即，板状片形热电粉末。也就是说，移动到收集部件2100的粉末可包括热电粉末，即，引起电导率降低的球形热电粉末被去除的热电粉末。
移动到收集部件2100的粉末可以移动到筛部件2200。筛部件2200可以包括多个筛部。详细地，筛部件2200可以包括第一筛部2210、第二筛部2220、第三筛部2230和第四筛部2240。
第一筛部2210、第二筛部2220、第三筛部2230和第四筛部2240可以形成为网状。详细地，第一筛部2210、第二筛部2220、第三筛部2230和第四筛部2240可以包括网格线和由网格线形成的网孔。
可以根据粉末的粒度和形状，改变第一筛部2210、第二筛部2220、第三筛部2230和第四筛部2240的网孔的尺寸。
收集部件2100的粉末可以经由筛部件2200移动到模具部件2300。筛部件2200可以控制向模具部件2300移动的粉末的方向性。
详细地，筛部件2200可以控制带状，即，板状片形的粉末沿一个方向被设置于模具部件2300内。
参考图6，第一粉末P1可以沿第一方向设置在接收部中，即，模具部件2300内。也就是说，第一粉末P1可以沿水平方向设置在模具部件2300内。也就是说，设置在模具部件2300内的大部分第一粉末P1可以沿水平方向设置，并且可以填充模具部件2300。
在这种情况下，水平方向可以指相对于重力方向具有垂直分量的方向。另外，水平方向可以还包括板状薄片的长轴相对于重力方向的虚拟垂直线以±15°内的角度倾斜的方向。
也就是说，水平方向可以被定义为相对于接收部的底面，即，模具部件2300的底面具有水平分量的方向、以及相对于底面以±15°内的角度倾斜的方向。
例如，沿水平方向设置在模具部件2300内的第一粉末可以是整个第一粉末的约95vol％以上。详细地，沿水平方向设置在模具部件2300内的第一粉末可以是整个第一粉末的约95vol％至约100vol％。更具体地，沿水平方向设置在模具部件2300内的第一粉末可以是整个第一粉末的约96vol％至约99vol％。
随后，可以通过驱动部件2400等烧结模具部件2300。详细地，驱动部件2400可以包括旋转单元2410、电机单元2420和压力单元2430，并且模具部件2300可以在通过驱动部件2400进行旋转的同时被烧结。
例如，模具部件2300可以通过使用火花等离子烧结(SPS：spark plasmasintering)机在约400℃至约550℃和约35MPa至约60MPa的条件下烧结约1分钟至约30分钟，或者可以通过使用热压机在约400℃至约550℃和约180MPa至约250MPa的条件下烧结约1分钟至约60分钟。
根据上述制造的热电烧结体可以通过切割工艺切割，并且可以制造最终应用于热电元件的热电臂。
图6是示出通过根据实施例的热电粉末烧结设备烧结的热电粉末烧结体的照片的图。
参考图6，可以看出，热电粉末烧结体的粉末的布置大多设置在一个方向上。也就是说，可以看出粉末设置在水平方向的一个方向上。在这种情况下，烧结体的粉末可以指烧结后的晶粒。
因此，可以降低热电粉末烧结体的热导率并且可以提高电导率。因此，当将热电粉末烧结体应用于热电元件的热电臂时，可以改善热电臂的热电性能。
另外，在热电粉末控制单元中可以减少引起电导率降低的第二粉末、即具有与板状片形不同的形状的粉末的量，从而改善在烧结热电粉末后热电臂的热电性能。详细地，引起热电粉末烧结体的电导率降低的第二粉末可以是整个粉末的约5vol％以下。更具体地，引起热电粉末烧结体的电导率降低的第二粉末可以是整个粉末的约3vol％以下。更具体地，引起热电粉末烧结体的电导率降低的第二粉末可以是整个粉末的约1vol％以下。
在下文中，将参考根据示例性实施例和比较例的热电粉末的制造方法更详细地描述本发明。这些实施例仅是说明性示例，以便更详细地描述本发明。因此，本发明不限于这些实施例。
示例性实施例1
对热电材料进行热处理以制造铸锭，然后将铸锭粉碎并过筛以获得热电臂粉末。
然后，烧结热电臂粉末，并且P型热电臂和N型热电臂通过切割烧结体被制造出。
此时，热电臂粉末包含有0.1vol％的球形粉末和板状片形粉末。
然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率。
示例性实施例2
除了在球状粉末中包括板状片形粉末和球状粉末，并且球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约0.5vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例3
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约1.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例4
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约2.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率以外，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例5
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约3.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率以外，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例6
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约4.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例7
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约5.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
示例性实施例8
除了球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约6.0vol％，然后，测量P型热电臂和N型热电臂的电导率，以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂。
比较例
对热电材料进行热处理以制造铸锭，然后对铸锭进行粉碎而不进行过筛以获得热电臂粉末。
此时，球形粉末的含量为整体热电臂粉末的约7.0vol％，并且以与实施例1相同的方式制造P型热电臂和N型热电臂，然后测量P型热电臂和N型热电臂的电导率。
【表1】
参照表1，可以看出，与根据示例性实施例1的热电臂，即，包括少量球形粉末的热电臂相比，根据示例性实施例2至6的热电臂的电导率差异小。
也就是说，可以看出，与包括少量球形粉末的热电臂相比，包括0.1vol％至6.0vol％的球形粉末的热电臂具有约5％以内的略微的电导率差异。
然而，可以看出，与根据示例性实施例1的热电臂(即，包括少量球形粉末的热电臂)相比，根据示例性实施例7和8以及比较例的热电臂的电导率差异大。
也就是说，可以看出，与没有球形粉末的热电臂相比，包括5.0vol％以上的球形粉末的热电臂具有约5％以上的电导率差异。
也就是说，将根据示例性实施例7和8以及比较例的球形粉末与板状片形粉末混合在一起，并且在烧结体中形成空隙或裂纹，因此，可以看出，制造的热电臂的电导率大幅降低。
在下文中，将参考图7至图9描述由根据实施例的热电烧结体制造设备制造的热电烧结体所应用于的热电元件的一个示例。
参考图7至图9，热电元件100可以包括下基板110、下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140、上电极150和上基板160。
下电极120可以设置在下基板110与P型热电臂130和N型热电臂140的下底面之间。上电极150可以设置在上基板160与P型热电臂130和N型热电臂140的上底面之间。
因此，多个P型热电臂130和多个N型热电臂140可以通过下电极120和上电极150电连接。设置在下电极120和上电极150之间并且彼此电连接的一对P型热电臂130和N型热电臂140可以形成单元电池。
例如，当通过引线(lead wire)181和182将电压施加于下电极120和上电极150时，电流从P型热电臂130流到N型热电臂140的基板由于珀耳帖效应可以吸收热而作为冷却部起作用，并且电流从N型热电臂140流到P型热电臂130的基板可以被加热而作为发热部起作用。
这里，P型热电臂130和N型热电臂140可以是包括铋(Bi)和碲(Ti)作为主要原料的基于碲化铋(Bi-Te)的热电臂。
P型热电臂130可以是基于100wt％的总重量，包括99wt％至99.999wt％的基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料及0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物的热电臂，其中，基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料含有锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种。例如，P型热电臂130可以包括Bi-Se-Te作为主要原料，并且可以还包括总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。
N型热电臂140可以是基于100wt％的总重量，包括99wt％至99.999wt％的含有锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种的基于碲化铋(Bi-Te)的主要原料及0.001wt％至1wt％的含有Bi或Te的混合物的热电臂。例如，N型热电臂140可以包括Bi-Se-Te作为主要原料，并且可以还包括总重量的0.001wt％至1wt％的Bi或Te。
P型热电臂130和N型热电臂140可以以体积型或堆叠型形成。通常，可以通过对热电材料进行热处理以制造铸锭，对铸锭进行粉碎和过筛以获得用于热电臂的粉末、然后烧结粉末、并切割烧结体的工艺来获得体积型P型热电臂130或体积型N型热电臂140。可以通过在将包含热电材料的浆体涂覆在片状基材上以形成单元部件之后堆叠和切割单元部件的工艺，获得堆叠型P型热电臂130或堆叠型N型热电臂140。
参考图9，根据实施例的P型热电臂130和N型热电臂140的至少一个热电臂700包括热电材料层710、分别设置在热电材料层710的一个表面上和与该一个表面相对的另一个表面上的第一金属层760和第二金属层770、设置在热电材料层710与第一金属层760之间的第一粘合层740和设置在热电材料层710与第二金属层770之间的第二粘合层750、以及设置在第一金属层760与第一粘合层740之间的第一镀层720和设置在第二金属层770与第二粘合层750之间的第二镀层730。此时，热电材料层710和第一粘合层740可以彼此直接接触，并且热电材料层710和第二粘合层750可以彼此直接接触。另外，第一粘合层740和第一镀层720可以彼此直接接触，并且第二粘合层750和第二镀层730可以彼此直接接触。此外，第一镀层720和第一金属层760可以彼此直接接触，并且第二镀层730和第二金属层770可以彼此直接接触。
热电材料层710可以包括作为半导体材料的铋(Bi)和碲(Te)。热电材料层710可以具有与P型热电臂130或N型热电臂140相同的材料或形状。
另外，第一金属层760和第二金属层770可以选自铜(Cu)、铜合金、铝(Al)和铝合金，并且可以具有0.1mm至0.5mm的厚度，优选地具有0.2mm至0.3mm的厚度。
第一镀层720和第二镀层730可以分别包括Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一种，并且可以具有1μm至20μm的厚度，优选地具有1μm至10μm的厚度。
第一粘合层740和第二粘合层750可以设置在热电材料层710和第一镀层720之间以及热电材料层710和第二镀层730之间。在这种情况下，第一粘合层740和第二粘合层750可以包含Te。
因此，从热电材料层710的中心的面到热电材料层710与第一粘合层740之间的界面的Te含量高于Bi含量，并且从热电材料层710的中心的面到热电材料层710与第二粘合层750之间的界面的Te含量高于Bi含量。另外，从热电材料层710的中心的面到热电材料层710与第一粘合层740之间的界面的Te含量或从热电材料层710的中心的面到热电材料层710与第二粘合层750之间的界面的Te含量可以是热电材料层710的中心的面的Te含量的0.8至1倍。
在这种情况下，该一对P型热电臂130和N型热电臂140可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于P型热电臂130和N型热电臂140的导电特性彼此不同，所以N型热电臂140的高度或横截面积可以形成为与P型热电臂130的高度或横截面积不同。
根据本发明的一个实施例的热电元件的性能可以以塞贝克指数ZT表示。塞贝克指数ZT可以表示为式1。
<式1>
ZT＝α2·σ·T/k
这里，α是塞贝克系数[V/K]，σ是电导率[S/m]，α2σ是功率因数(W/mK2)。另外，T是温度，k是热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，其中a是热扩散率[cm2/S]，cp是比热[J/gK]，ρ是密度[g/cm3]。
为了获得热电元件的塞贝克指数，可以使用Z测量计(Z meter)测量Z值(V/K)，并且可以使用测量的Z值计算塞贝克指数ZT。
这里，设置在P型热电臂130和N型热电臂140之间的下基板110和下电极120、以及设置在P型热电臂130和N型热电臂140之间的上基板160和上电极150可以包括铜(Cu)、银(Ag)和镍(Ni)中的至少一种，并且可以具有0.01mm至0.3mm的厚度。
当下电极120或上电极150的厚度小于0.01mm时，作为电极的功能可能劣化，因此导电性能可能降低，并且当厚度超过0.3mm时，由于电阻的增加，导电效率可能降低。
另外，彼此相对的下基板110和上基板160可以是绝缘基板或金属基板。
绝缘基板可以是氧化铝基板或柔性聚合物树脂基板。柔性聚合物树脂基板可以包括诸如聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、诸如树脂的高渗透性塑料等的各种绝缘树脂材料。
金属基板可以包括Cu、Cu合金或Cu-Al合金，并且金属基板的厚度可以为0.1mm至0.5mm。当金属基板的厚度小于0.1mm或超过0.5mm时，热辐射特性或热导率可能过高，因此热电元件的可靠性可能劣化。
此外，当下基板110和上基板160是金属基板时，介电层170可以进一步分别设置在下基板110和下电极120之间以及上基板160和上电极150之间。
介电层170可以包括具有5W/K至10W/K的热导率的材料，并且可以形成为0.01mm至0.15mm的厚度。当介电层170的厚度小于0.01mm时，绝缘效率或耐电压特性可能劣化，并且当厚度超过0.15mm时，热导率可能降低，因此热效率可能降低。
在这种情况下，下基板110和上基板160可以形成为具有不同的尺寸。例如，下基板110和上基板160中的一者的体积、厚度或面积可以形成为大于另一者的体积、厚度或面积。因此，可以提高热电元件的吸热性能或热辐射性能。
另外，可以在下基板110和上基板160中的至少一者的表面上形成热辐射图案，例如，凹凸图案。因此，可能提高热电元件的热辐射性能。当在与P型热电臂130或N型热电臂140接触的表面上形成凹凸图案时，还可以改善热电臂与基板之间的接合特性。
热电元件模块可以应用于发电装置、冷却装置、加热装置等。详细地，热电元件模块可主要应用于光通信模块、传感器、医疗器械、测量仪器、航空航天工业、制冷机、冷却器、汽车通风板、杯保持器、洗衣机、干燥机、酒窖、净水器、传感器电源、热电堆等。
这里，热电元件模块应用于医疗器械的示例是聚合酶链式反应(PCR)装置。PCR装置是用于扩增DNA以确定DNA的碱基序列的设备，并且是需要精确温度控制和热循环的装置。为此，可以应用基于珀耳帖效应的热电元件。
热电元件模块应用于医疗器械的另一个示例是光电探测器。这里，光电探测器包括红外/紫外检测器、电荷耦合器件(CCD)传感器、X射线检测器和热电热参考源(TTRS：thermoelectric thermal reference source)。可以应用基于珀耳帖效应的热电元件来冷却光电探测器。因此，可以防止由于光电探测器内部的温度升高引起的波长变化、输出降低和分辨率降低。
将热电元件模块应用于医疗器械的又一个示例包括免疫测定领域、体外诊断领域、一般温度控制和冷却系统、物理治疗、液体冷却器系统和血液/血浆温度控制领域等。因此，可以精确地控制温度。
热电元件模块应用于医疗器械的又一个示例是人工心脏。因此，可以向人工心脏供应电力。
将热电元件模块应用于航空航天工业的示例包括星体跟踪系统、热成像相机、红外/紫外检测器、CCD传感器、哈勃空间望远镜、TTRS等。因此，可以维持图像传感器的温度。
热电元件模块应用于航空航天工业的另一示例包括冷却装置、加热器、发电装置等。
此外，热电元件模块可以应用于用于发电、冷却和加热的其它工业。
在上文中，已经参考本发明的优选实施例描述了实施例。然而，本领域技术人员将理解，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明中进行各种改变和修改。

Claims (18)

1.一种热电烧结体，包括：
热电粉末，所述热电粉末包含Bi、Te、Se或者Bi、Te、In，
其中，所述热电粉末沿一个水平方向设置，并且包括具有板状片形的多个第一粉末和形状不同于所述第一粉末的形状的多个第二粉末，并且
所述第二粉末的含量为包含Bi、Te、Se或者Bi、Te、In的整体的所述热电粉末的4vol%以下，
其中，所述水平方向包括具有板状片形的所述第一粉末的长轴相对于重力方向的虚拟垂直线以±15°内的角度倾斜的方向。
2.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末中的沿所述水平方向布置的所述第一粉末为整体的所述热电粉末的95vol%以上。
3.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述第二粉末的含量为整体的所述热电粉末的3vol%以下。
4.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述第二粉末的含量为整体的所述热电粉末的1vol%以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末的大小与所述第二粉末的大小不同。
6.根据权利要求5所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末和所述第二粉末的粒度彼此不同。
7.根据权利要求5所述的热电烧结体，其中，所述第二粉末形成为球形。
8.根据权利要求6所述的热电烧结体，其中，所述第二粉末的平均粒度为650μm至670μm。
9.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述热电烧结体中的空隙为所述热电烧结体的整个面积的5%以下。
10.根据权利要求6所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末的所述粒度大于所述第二粉末的所述粒度。
11.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末包括长轴和短轴，并且所述第一粉末的所述长轴与所述短轴之比为1：1.2至1：6。
12.根据权利要求1所述的热电烧结体，其中，所述第一粉末以整体的所述第一粉末的95vol%以上沿所述水平方向设置。
13.根据权利要求6所述的热电烧结体，其中，所述第二粉末的平均粒度为300μm至1100μm。
14.一种热电元件，包括：
下基板；
上基板，所述上基板设置在所述下基板上；
多个臂，所述多个臂设置在所述下基板与所述上基板之间；
下电极，所述下电极连接所述臂和所述下基板；以及
上电极，所述上电极连接所述臂和所述上基板，
其中，所述臂包括热电粉末，所述热电粉末包含Bi、Te、Se或者Bi、Te、In，
其中，所述热电粉末包括：
多个第一粉末，所述多个第一粉末沿一个水平方向设置并且具有板状片形；以及
多个第二粉末，所述多个第二粉末的形状与所述多个第一粉末的形状不同，并且
所述第二粉末的含量为包含Bi、Te、Se或者Bi、Te、In的整体的所述热电粉末的4vol%以下，
其中，所述水平方向包括具有板状片形的所述第一粉末的长轴相对于重力方向的虚拟垂直线以±15°内的角度倾斜的方向。
15.根据权利要求14所述的热电元件，其中，所述第一粉末的粒度大于所述第二粉末的粒度。
16.根据权利要求15所述的热电元件，其中，所述第二粉末的平均粒度为650μm至670μm。
17.根据权利要求14所述的热电元件，其中，所述第一粉末以整体的所述第一粉末的95vol%以上沿所述水平方向设置。
18.根据权利要求14所述的热电元件，其中，所述第一粉末包括长轴和短轴，并且所述第一粉末的所述长轴与所述短轴之比为1：1.2至1：6。
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