CN110690339A - 温差发电模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种温差发电模块及其制造方法，涉及温差发电技术领域，能够解决温差发电模块需要大量焊接导致的制备工艺复杂、难度大，成本较高的问题，同时可以提高温差发电模块单位面积的发电功率密度，利于模块及器件的小型化。其中，温差发电模块包括：层叠设置的多层热电材料层，所述多层热电材料层包括P型热电材料层和N型热电材料层，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层交替设置；设置于每相邻两层热电材料层之间的至少一层绝缘层；电连接每相邻两层热电材料层的至少一个连接体，所述多层热电材料层通过所述至少一个连接体的电连接形成串联结构。上述温差发电模块用于利用温差进行发电。
Description
技术领域
本发明涉及温差发电技术领域，尤其涉及一种温差发电模块及其制造方法。
背景技术
温差电发电模块可以直接将热能转换成电能，具有无污染、无噪声、免维护等优点，是一种新型的节能环保发电技术。
现有技术中，如图1所示，P型热电材料1与N型热电材料2通过金属连接体3连接，构成了温差电单偶对，当该温差电单偶对的上、下面的温度存在温度差时，该温差电单偶对便可以将热能转换为电能，其中，P型热电材料1和N型热电材料2中形成的温差电动势的方向相反。如图2所示，将多个温差电单偶对串联起来，并用绝缘陶瓷4覆盖在其上、下面，便构成了温差发电模块。
在上述现有技术中的温差发电模块中，每个温差电单偶对的P型温差电材料1与金属连接体3之间，N型温差电材料2与金属连接体3之间，及金属连接3与绝缘陶瓷4之间均需焊接起来，这使得现有技术中制作温差电模块时制作工艺复杂、难度大，制造成本较高，不利于大批量生产。此外，现有技术中的温差发电模块单位面积的发电功率密度较低，不利于模块及器件的小型化。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的实施例提供一种温差发电模块及其制造方法，以解决温差发电模块需要大量焊接导致的制备工艺复杂、难度大，成本较高的问题，同时可以提高温差发电模块单位面积的发电功率密度，利于模块及器件的小型化。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种温差发电模块，包括：层叠设置的多层热电材料层，所述多层热电材料层包括P型热电材料层和N型热电材料层，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层交替设置；设置于每相邻两层热电材料层之间的至少一层绝缘层；电连接每相邻两层热电材料层的至少一个连接体，所述多层热电材料层通过所述至少一个连接体的电连接形成串联结构。
上述温差发电模块采用了以下结构：交替层叠设置的P型热电材料层和N型热电材料层的结构，相邻的两层热电材料层之间夹设有绝缘层，并利用连接体串联电连接相邻的两层热电材料层。由于该温差发电模块的热电材料及绝缘层采用膜层设计，并将膜层堆叠设置，因此可以较大限度地利用空间，从而提高了该发电模块的单位面积发电功率密度，利于温差发电模块和器件的小型化。
此外，现有技术中，每个温差电单偶对均需要将热电材料与金属连接体、金属连接体与绝缘陶瓷焊接。与现有技术相比，本发明提供的温差发电模块由于采用的上述膜层堆叠结构，无需将连接体与绝缘层焊接，因而可以大大减少温差发电模块制造中的焊接工艺，简化制造工艺步骤，降低制造成本及制造难度，利于工业化生产。
可选的，所述温差发电模块包括两层热电材料层，用于电连接所述两层热电材料层的连接体的设置位置靠近所述热电材料层的冷源端或热源端；或者，所述温差发电模块包括至少三层热电材料层，在沿垂直于所述热电材料层的方向上，用于电连接所述至少三层热电材料层的各连接体的设置位置交替靠近所述热电材料层的冷源端和热源端。
可选的，所述的温差发电模块还包括用于容纳所述连接体的过孔；所述过孔贯穿所述绝缘层；或者，所述过孔贯穿所述绝缘层并至少一端延伸至与所述绝缘层相邻的热电材料层中。
可选的，所述连接体设置于其所要电连接的两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层的外侧的边缘区域。
可选的，所述连接体的材料为银。
可选的，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层的厚度比为0.1:1～10:1。
可选的，所述P型热电材料层与所述绝缘层的厚度比为1:1～20:1，所述N型热电材料层与所述绝缘层的厚度比为1:1～20:1。
可选的，所述温差发电模块还包括：分别设置于所述多层热电材料层的两侧的第一绝缘保护层和第二绝缘保护层；分别与所述多层热电材料层的两侧处于最外层的热电材料层电连接的第一引出电极和第二引出电极。
第二方面，本发明的实施例提供了一种温差发电模块的制造方法，包括：形成多层热电材料层及至少一层绝缘层；所述多层热电材料层包括P型热电材料层和N型热电材料层，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层交替设置，所述至少一层绝缘层设置于每相邻两层热电材料层之间；形成至少一个连接体，使所述至少一个连接体电连接每相邻两层热电材料层，所述多层热电材料层形成串联结构。
上述温差发电模块的制造方法能产生的有益效果与第一方面所提供的温差发电模块的有益效果相同，此处不再赘述。
可选的，采用丝网印刷、物理气相沉积或流延成型工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，逐层交替形成各热电材料层和各绝缘层。
可选的，所述制造方法包括：S11：形成一层热电材料层和一层绝缘层；S12：制作过孔，所述过孔贯穿所述绝缘层，或者所述过孔贯穿所述绝缘层并延伸至所述绝缘层下方的热电材料层中；S13：在所述过孔中形成连接体；S14：重复步骤S11～S13，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作；或者，S21：形成一层热电材料层、一层绝缘层和一层热电材料层；S22：制作过孔，所述过孔贯穿所述绝缘层上方的热电材料层及绝缘层，或者所述过孔贯穿所述绝缘层上方的热电材料层及绝缘层并延伸至所述绝缘层下方的热电材料层中；S23：在所述过孔中形成连接体；S24：重复步骤S21～S23，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。
可选的，采用丝网印刷、物理气相沉积或流延成型工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，分别形成所需要的各热电材料层和各绝缘层，然后将所形成的各热电材料层和各绝缘层交替层叠。
可选的，所述制造方法包括：根据所述温差发电模块的设计结构，形成所需要的各绝缘层；在所述各绝缘层中分别制作过孔，所述过孔贯穿相应的绝缘层；在所述过孔中形成连接体；根据所述温差发电模块的设计结构，形成所需要的各热电材料层；将各热电材料层和具有连接体的各绝缘层按照所述温差发电模块的设计结构交替层叠。
可选的，在制作完成所述多层热电材料层及所述至少一层绝缘层的层叠结构之后，采用涂布工艺在所述层叠结构中每相连两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层的一端外侧形成所述连接体。
可选的，在所述多层热电材料层及所述至少一层绝缘层所构成的层叠结构的两侧分别形成第一绝缘保护层和第二绝缘保护层。
可选的，所述制造方法还包括：对形成有所述第一绝缘保护层和所述第二绝缘保护层的层叠结构进行排胶；对排胶后的层叠结构进行烧结；制作第一引出电极和第二引出电极，所述第一引出电极和所述第二引出电极分别与层叠结构的两侧处于最外层的热电材料层电连接。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中的温差电单偶对的结构示意图；
图2为现有技术中的温差发电模块的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的温差发电模块的第一种结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的温差发电模块的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的温差发电模块的第三种结构示意图；
图6为本发明实施例所提供的温差发电模块的第四种结构示意图；
图7为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的示意图；
图8a～8d为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式一的各步骤示意图；
图8a’～8d’为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式二的各步骤示意图；
图9a～9d为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式三的各步骤示意图；
图9a’～9d’为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式四的各步骤示意图；
图10a～10f为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式五的各步骤示意图；
图11为本发明实施例所提供的温差发电模块的制造方法的具体实施方式六的示意图。
附图标记说明：
1-P型材料； 2-N型材料；
3-金属连接体； 4-绝缘陶瓷；
5-P型热电材料层； 6-N型热电材料层；
7-绝缘层； 8-连接体；
9-第一绝缘保护层； 10-第二绝缘保护层；
11-第一引出电极； 12-第二引出电极；
aa-冷源端； bb-热源端；
13-过孔； 14-冷源；
15-热源。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
如图3所示，本发明的实施例提供了一种温差发电模块，包括：层叠设置的多层热电材料层，该多层热电材料层包括P型热电材料层5和N型热电材料层6，其中，P型热电材料层5和N型热电材料层6交替设置；设置于每相邻两层热电材料层之间的至少一层绝缘层7；电连接每相邻两层热电材料层的至少一个连接体8，上述多层热电材料层通过该至少一个连接体8的电连接形成串联结构。
本发明实施例提供的温差发电模块采用交替层叠设置的P型热电材料层5和N型热电材料层6的膜层堆叠结构，每相邻两层型热电材料层由夹设于之间的绝缘层7绝缘隔开，同时，每相邻两层热电材料层之间又设有使其串联电连接的连接体8。当该温差发电模块的冷源端aa和热源端bb之间存在温度差时，上述膜层堆叠结构的每层热电材料中的载流子会随着温度梯度由高温区移动至低温区。其中，P型热电材料层5中的载流子为空穴，即P型热电材料层5中空穴由热源端bb向冷源端aa扩散；N型热电材料层5中的载流子为电子，即N型热电材料层6中电子由热源端bb向冷源端aa扩散。也就是说，P型热电材料层5和N型热电材料层6中所形成的温差电动势的方向正好相反，此时将各P型热电材料层5和各N型热电材料层6通过连接体8串联连接，即能够使每层热电材料层的温差电动势叠加，从而该温差发电模块所产生的温差电动势为每层热电材料产生的温差电动势之和。因此，该温差发电模块在实现温差发电功能的同时，上述膜层堆叠结构较大限度地利用了空间，使热电材料的结构设置更加密集，提高了该温差发电模块的单位面积发电功率密度，有利于温差发电模块和器件的小型化。
此外，上述温差发电模块采用的膜层堆叠结构，绝缘层7无需与连接体8焊接在一起，因此可以减少温差发电模块制造中的焊接工艺，从而简化了工艺步骤，降低了制造成本及制造难度，有利于工业化大批量生产。
基于上述技术方案，作为本温差发电模块的一种设计方案，如图4所示，上述温差发电模块包括两层热电材料层，P型热电材料层5和N型热电材料层6，用于电连接该两层热电材料层的连接体8的设置位置靠近该热电材料层的冷源端aa或热源端bb。需要说明的是，图4中是以连接体8靠近冷源端aa为例的图示，在本发明的其他实施例中，连接体8的设置位置也可以靠近热源端bb。
作为本温差发电模块的另一种设计方案，请再次参见图3，上述温差发电模块包括至少三层热电材料层，用于电连接上述至少三层热电材料层的各连接体8的设置位置交替靠近该热电材料层的冷源端aa和热源端bb。
作为连接体8的一种可实现的设计，如图3所示，上述温差发电模块还可以包括用于容纳连接体8的过孔13，过孔13可以贯穿绝缘层7；或者，如图5所示，过孔13可以贯穿绝缘层7并至少一端延伸至与绝缘层7相邻的热电材料层中。
在上述连接体8的可能的设计中，连接体8可以被设置在过孔13中，由于绝缘层7夹设于相邻的两层热电材料层之间，过孔13贯穿绝缘层7，因此连接体8能够贯穿绝缘层7以实现相邻的两层热电材料层之间的电连接，并且无需将连接体8与热电材料层焊接在一起，从而与现有技术相比，本发明提供的温差发电模块的上述连接体设计结构无需额外设置焊接连接体与热电材料层的工艺步骤，减少了焊接工艺，简化了工艺步骤，降低了制造成本及难度，更有利于工业化大批量生产。
作为连接体8的另一种可实现的设计，如图6所示，连接体8可以设置于其所要电连接的两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层7的外侧的边缘区域。示例性的，连接体8可以为导电金属涂层，导电金属涂层可以直接附着在热电材料层上，与现有技术相比，也可以在实现相邻的两层热电材料层之间的电连接的同时，无需额外设置焊接连接体8与热电材料层的工艺步骤，减少了焊接工艺，简化了工艺步骤，降低了制造成本及难度，更有利于工业化大批量生产。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，也可以将上述连接体8的各种可能的设计混合使用，例如：在同一温差发电模块中，对于某两层相邻的P型热电材料层和N型热电材料层，采用设置过孔及在过孔内设置连接体的方式电连接，对于另外两层相邻的P型热电材料层和N型热电材料层，采用在外侧边缘区域设置导电金属涂层作为连接体实现电连接。
本发明实施例所提供的温差发电模块，其连接体8的材料可以是导电金属，作为一种优选，可以为银，银的电阻率较小，有利于提高温差发电效率。
作为上述温差发电模块的一种可能的设计，P型热电材料层5和N型热电材料层6的厚度比范围可以为0.1:1～10:1，其设计依据如下：为实现P型热电材料和N型热电材料更大程度的热电转换率，假设P型热电材料层5和N型热电材料层6的电阻率分别为ρP和ρN，热导率分别为λP和λN，当ρP＝ρN且λP＝λN，且P型热电材料层5和N型热电材料层6的尺寸完全相同时，可以达到更大的热电转换率。其中，P型热电材料层5和N型热电材料层6需要满足以下关系式：
其中，Ap为P型热电材料层5的平面面积，An为N型热电材料层6的平面面积；用于表征P型热电材料层5的厚度，
用于表征N型热电材料层6的厚度。
一般情况下，
所以一般P型热电材料层5的和N型热电材料层6的
不同时，可以达到更大的热电转换效率，简单来说就是，设置P型热电材料层5的厚度和N型热电材料层6的厚度不同，可以实现更大的热电转换率。
此外，P型热电材料层5和N型热电材料层6的厚度范围可以为5μm～90μm，绝缘层7的厚度范围可以为3μm～70μm。P型热电材料层5与绝缘层7的厚度比范围可以为1:1～20:1，N型热电材料层6与绝缘层7的厚度比范围可以为1:1～20:1。
作为一种可能的设计，请再次参见图3、4，上述温差发电模块还可以包括：分别设置于多层热电材料层的两侧的第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10；分别与多层热电材料层的两侧处于最外层的热电材料层电连接的第一引出电极11和第二引出电极12。需要说明的是，所谓的“多层热电材料层的两侧”指的是在垂直于热电材料层的方向上，所述多层热电材料层及多层绝缘层所构成的堆叠结构的两侧。第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10可以起到保护多层热电材料层，并隔绝外界水氧、污染物的作用。
第一引出电极11和第二引出电极12起到将温差发电的电能导出的作用。二者中的一个为正极，另一个为负极。在下面的描述中，以第一引出电极11为正极，第二引出电极12为负极为例。
如图3所示，当上述第一引出电极11与P型热电材料层5相连时，由于P型热电材料层5的电动势方向为由热源端bb指向冷源端aa，则上述第一引出电极11设置于相应的P型热电材料层5的电动势较高的热源端bb侧；当上述第一引出电极11与N型热电材料层6相连，上述第一引出电极11设置于N型热电材料层6的冷源端aa侧。当上述第二引出电极12与N型热电材料层6相连，则上述第二引出电极12设置于相应的N型热电材料层6的热源端bb侧；当上述第二引出电极12与P型热电材料层5相连，则上述第二引出电极12设置于相应的P型热电材料层5的冷源端aa侧。
基于上述温差发电模块，在本发明的另一实施例中，提供了一种温差发电模块的制造方法，如图7所示，包括：形成多层热电材料层及至少一层绝缘层7；所述多层热电材料层包括P型热电材料层5和N型热电材料层6，P型热电材料层5和N型热电材料层6交替设置，上述至少一层绝缘层7设置于每相邻两层热电材料层之间；形成至少一个连接体8，使至少一个连接体8电连接每相邻两层热电材料层，上述多层热电材料层形成串联结构。
上述温差发电模块的制造方法中，无需将绝缘层7与连接体8焊接在一起，因此可以减少温差发电模块制造中的焊接工艺，从而简化了工艺步骤，降低了制造成本及制造难度，有利于工业化大批量生产。
基于上述温差发电模块的制造方法，作为一种可实现的方式，可以采用丝网印刷、物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)或流延成型等工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，逐层交替形成各热电材料层和各绝缘层，即以前一步形成的膜层为基底，形成下一个膜层。其中，在采用物理气相沉积工艺时，示例性的，可以采用磁控溅射工艺逐层交替形成各热电材料层和各绝缘层。
在具体实施时，示例性的，如图8a～8d所示，上述温差发电模块的制造方法可以包括：
S11：形成一层热电材料层和一层绝缘层7。如图8a所示，形成的热电材料层为N型热电材料层6。
S12：如图8b所示，制作过孔13，过孔13贯穿绝缘层7。
S13：如图8c所示，在过孔13中形成连接体8。
S14：如图8d所示，重复步骤S11～S13，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。需注意，P型热电材料层和N型热电材料层应交替形成。
或者，作为另一种示例，如图8a’～8d’所示。上述温差发电模块的制造方法可以包括：
S11’：形成一层热电材料层和一层绝缘层7。如图8a’所示，形成的热电材料层为N型热电材料层6。
S12’：制作过孔13，过孔13贯穿绝缘层7并延伸至绝缘层7下方的热电材料层中。如图8b’所示，过孔13贯穿绝缘层7并延伸至绝缘层7下方的N型热电材料层6中。
S13’：如图8c’所示，在过孔13中形成连接体8。
S14’：如图8d’所示，重复步骤S11’～S13’，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。需注意，P型热电材料层和N型热电材料层应交替形成。
作为另一种可实现的方式，如图9a～9d所示，上述温差发电模块的制造方法也可以包括：
S21：形成一层热电材料层、一层绝缘层和一层热电材料层。如图9a所示，自下至上形成的为N型热电材料层6、绝缘层7、P型热电材料层5。
S22：制作过孔13，过孔13贯穿绝缘层7上方的热电材料层及绝缘层7。如图9b所示，过孔13贯穿N型热电材料层6上方的P型热电材料层5及绝缘层7。
S23：如图9c、9c’所示，在过孔13中形成连接体8。
S24：如图9d、9d’所示，重复步骤S21～S23，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。需注意，P型热电材料层和N型热电材料层应交替形成。
或者，作为另一种示例，如图9a’～9d’所示，上述温差发电模块的制造方法也可以包括：
S21’：，形成一层热电材料层、一层绝缘层和一层热电材料层。如图9a’所示，自下至上形成的为N型热电材料层6、绝缘层7、P型热电材料层5。
S22’：制作过孔13，过孔13贯穿绝缘层7上方的热电材料层及绝缘层7并延伸至绝缘层7下方的热电材料层中。如图9b’所示，过孔13贯穿绝缘层7上方的P型热电材料层5及绝缘层7并延伸至所述绝缘层7下方的N型热电材料层6。
S23’：如图9c’所示，在过孔13中形成连接体8。
S24’：如图9d’所示，重复步骤S21’～S23’，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。需注意，P型热电材料层和N型热电材料层应交替形成。
作为本温差发电模块的制作方法的另一种可实现的方式，可以采用丝网印刷、物理气相沉积或流延成型等工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，分别形成所需要的各热电材料层和各绝缘层，然后将所形成的各热电材料层和各绝缘层交替层叠。其中，在采用物理气相沉积工艺时，示例性的，可以采用磁控溅射工艺分别形成所需要的各热电材料层和各绝缘层。
在具体实施时，示例性的，上述温差发电模块的制造方法可以包括：
步骤31：如图10a所示，根据所述温差发电模块的设计结构，形成所需要的各绝缘层7；
步骤32：如图10b所示，在上述各绝缘层7中分别制作过孔13，过孔13贯穿相应的绝缘层7；
步骤33：如图10c所示，在过孔13中形成连接体8；
步骤34：根据上述温差发电模块的设计结构，如图10d所示，形成所需要的各热电材料层；
步骤35：如图10e～10f所示，将各热电材料层和具有连接体8的各绝缘层7按照上述温差发电模块的设计结构交替层叠。
此外，上述制造方法的步骤31～35中，步骤31、34的先后顺序不限；步骤32只需在步骤31后进行即可；步骤33只需在步骤32后进行即可；步骤35需要在最后进行。
需要说明的是，在上述包含在过孔13中形成连接体8的制造方法中，可以采用丝网印刷工艺用导电银浆在过孔13中形成连接体8；也可以用导电银浆直接填充过孔13，例如可以用导电银浆浇注过孔13，从而在过孔13中形成连接体8。此外，在上述示例中，导电银浆也可用其他导电金属浆料代替。
示例性的，上述过孔13的直径范围可以在0.1～1mm，过孔13的位置可以设置在距离所形成的层叠结构的侧端的1～3mm处，其中，所述“侧端”指的是该温差发电模块在温差发电时的冷源端或热源端。
在上述的温差发电模块的制造方法中，无论是采用逐层交替形成各热电材料层和各绝缘层的方式，还是采用分别形成所需要的各热电材料层和各绝缘层，然后将所形成的各热电材料层和各绝缘层交替层叠的方式，都可以实现在形成各膜层的同时，在需要打孔的膜层形成过孔，并在过孔中形成连接体，从而使每相邻两层的热电材料层串联连接，而无需将连接体与热电材料层焊接起来，减少了焊接工艺。
作为连接体的另一种可实现的制作方式，如图11所示，也可以在制作完成多层热电材料层及至少一层绝缘层7的层叠结构之后，采用涂布工艺在上述层叠结构中每相连两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层7的一端外侧形成连接体8，示例性的，可以采用导电银浆形成涂层作为连接体8。当然，上述涂布工艺也可以用其他工艺代替，例如，丝网印刷工艺，此处不做限制。在上述制作方式中，也无需将连接体与热电材料层焊接起来，减少了焊接工艺。
具体实施时，如图3、4、5和6所示，上述温差发电模块的制造方法还可以包括：在多层热电材料层及至少一层绝缘层7所构成的层叠结构的两侧分别形成第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10，第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10起到保护绝缘的作用。
进一步的，在形成第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10后，该制造方法还可以包括：
对形成有第一绝缘保护层9和第二绝缘保护层10的层叠结构进行排胶，以排出在形成前述各热电材料层和各绝缘层时留下的有机物质，排胶的温度范围可以为550～680℃。
对排胶后的上述层叠结构进行烧结，烧结温度范围可以为500～1580℃，烧结时间可以为2～8h，烧结工艺能够使该层叠结构的材质变得更致密，从而能够提高上述温差发电模块的力学性能，同时也能够避免现有技术的焊接过程中，由于焊接不可靠而造成的热电模块失效，增强了热电模块的耐久和可靠性。
请继续参见图3、4、5和6，制作第一引出电极11和第二引出电极12，第一引出电极11和第二引出电极12分别与上述层叠结构的两侧处于最外层的热电材料层电连接，以便于将温差发电的电能导出，示例性的，第一引出电极11和第二引出电极12可以采用焊接等方式连接至上述层叠结构的两侧处于最外层的热电材料层，其材料可以是导电性良好的铜、镍、银等金属材料。
以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种温差发电模块，其特征在于，包括：
层叠设置的多层热电材料层，所述多层热电材料层包括P型热电材料层和N型热电材料层，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层交替设置；
设置于每相邻两层热电材料层之间的至少一层绝缘层；
电连接每相邻两层热电材料层的至少一个连接体，所述多层热电材料层通过所述至少一个连接体的电连接形成串联结构。
2.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述温差发电模块包括两层热电材料层，用于电连接所述两层热电材料层的连接体的设置位置靠近所述热电材料层的冷源端或热源端；或者，
所述温差发电模块包括至少三层热电材料层，在沿垂直于所述热电材料层的方向上，用于电连接所述至少三层热电材料层的各连接体的设置位置交替靠近所述热电材料层的冷源端和热源端。
3.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述温差发电模块还包括用于容纳所述连接体的过孔；
所述过孔贯穿所述绝缘层；或者，
所述过孔贯穿所述绝缘层并至少一端延伸至与所述绝缘层相邻的热电材料层中。
4.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述连接体设置于其所要电连接的两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层的外侧的边缘区域。
5.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述连接体的材料为银。
6.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层的厚度比为0.1:1～10:1。
7.根据权利要求1所述的温差发电模块，其特征在于，所述P型热电材料层与所述绝缘层的厚度比为1:1～20:1，所述N型热电材料层与所述绝缘层的厚度比为1:1～20:1。
8.根据权利要求1～7任一项所述的温差发电模块，其特征在于，所述温差发电模块还包括：
分别设置于所述多层热电材料层的两侧的第一绝缘保护层和第二绝缘保护层；
分别与所述多层热电材料层的两侧处于最外层的热电材料层电连接的第一引出电极和第二引出电极。
9.一种温差发电模块的制造方法，其特征在于，包括：
形成多层热电材料层及至少一层绝缘层；所述多层热电材料层包括P型热电材料层和N型热电材料层，所述P型热电材料层和所述N型热电材料层交替设置，所述至少一层绝缘层设置于每相邻两层热电材料层之间；
形成至少一个连接体，使所述至少一个连接体电连接每相邻两层热电材料层，所述多层热电材料层形成串联结构。
10.根据权利要求9所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，采用丝网印刷、物理气相沉积或流延成型工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，逐层交替形成各热电材料层和各绝缘层。
11.根据权利要求10所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
S11：形成一层热电材料层和一层绝缘层；
S12：制作过孔，所述过孔贯穿所述绝缘层，或者所述过孔贯穿所述绝缘层并延伸至所述绝缘层下方的热电材料层中；
S13：在所述过孔中形成连接体；
S14：重复步骤S11～S13，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作；
或者，
S21：形成一层热电材料层、一层绝缘层和一层热电材料层；
S22：制作过孔，所述过孔贯穿所述绝缘层上方的热电材料层及绝缘层，或者所述过孔贯穿所述绝缘层上方的热电材料层及绝缘层并延伸至所述绝缘层下方的热电材料层中；
S23：在所述过孔中形成连接体；
S24：重复步骤S21～S23，直至完成所述温差发电模块的设计结构的制作。
12.根据权利要求9所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，采用丝网印刷、物理气相沉积或流延成型工艺，根据所述温差发电模块的设计结构，分别形成所需要的各热电材料层和各绝缘层，然后将所形成的各热电材料层和各绝缘层交替层叠。
13.根据权利要求12所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
根据所述温差发电模块的设计结构，形成所需要的各绝缘层；
在所述各绝缘层中分别制作过孔，所述过孔贯穿相应的绝缘层；
在所述过孔中形成连接体；
根据所述温差发电模块的设计结构，形成所需要的各热电材料层；
将各热电材料层和具有连接体的各绝缘层按照所述温差发电模块的设计结构交替层叠。
14.根据权利要9所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，在制作完成所述多层热电材料层及所述至少一层绝缘层的层叠结构之后，采用涂布工艺在所述层叠结构中每相连两层热电材料层及二者之间所夹设的绝缘层的一端外侧形成所述连接体。
15.根据权利要求9所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，在所述多层热电材料层及所述至少一层绝缘层所构成的层叠结构的两侧分别形成第一绝缘保护层和第二绝缘保护层。
16.根据权利要求15所述的温差发电模块的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
对形成有所述第一绝缘保护层和所述第二绝缘保护层的层叠结构进行排胶；
对排胶后的层叠结构进行烧结；
制作第一引出电极和第二引出电极，所述第一引出电极和所述第二引出电极分别与层叠结构的两侧处于最外层的热电材料层电连接。
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| CN201810738886.8A CN110690339A (zh) | 2018-07-06 | 2018-07-06 | 温差发电模块及其制造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112767630A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-05-07 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种自供电防火预警温度传感电路 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008205181A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 熱電モジュール |
| JP2013131692A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型熱電変換モジュール |
| CN103299443A (zh) * | 2011-02-22 | 2013-09-11 | 松下电器产业株式会社 | 热电转换元件及其制造方法 |
| WO2017168968A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社村田製作所 | 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法 |
-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008205181A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 熱電モジュール |
| CN103299443A (zh) * | 2011-02-22 | 2013-09-11 | 松下电器产业株式会社 | 热电转换元件及其制造方法 |
| JP2013131692A (ja) * | 2011-12-22 | 2013-07-04 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 積層型熱電変換モジュール |
| WO2017168968A1 (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 株式会社村田製作所 | 熱電変換素子および熱電変換素子の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112767630A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-05-07 | 深圳第三代半导体研究院 | 一种自供电防火预警温度传感电路 |
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