TW201409783A - 可透光的熱電致冷元件 - Google Patents
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Abstract
一種可透光的熱電致冷元件，包含：一可透光的第一基板、一可透光並與該第一基板間隔相對的第二基板、一可透光並位於該第一基板與該第二基板之間的p型熱電層、一可透光且位於該第一基板與該第二基板之間並與該p型熱電層間隔的n型熱電層，及一可透光的電極單元。該電極單元位於該第一基板與該第二基板之間，並連接該p型熱電層與該n型熱電層。藉由各個層體都由可透光材料製成，使本發明除了可應用於不要求透光度的裝置以外，進一步還可應用於需要透明元件的裝置上，應用性較廣，可作為高透光性的溫控元件。
Description
本發明是有關於一種熱電致冷元件，特別是指一種可將熱能與電能進行轉換並且可透光的熱電致冷元件。
參閱圖1，為一種已知的熱電致冷元件1，包含：一第一基板11、二彼此間隔並位於該第一基板11上的第一電極12、分別位於該等第一電極12上的一n型熱電層13與一p型熱電層14、一連接於該n型熱電層13與該p型熱電層14上方的第二電極15，以及一位於該第二電極15上的第二基板16。其中，該等第一電極12與該第二電極15的材料為金屬，例如銅。該n型熱電層13與該p型熱電層14為熱電材料，例如碲化鉍(Bi2Te3)。所述熱電材料是一種可以將熱能與電能進行轉換的材料。
參閱圖2，該熱電致冷元件1的運作原理，主要是外加一直流電源2後即可進行熱能傳輸。該直流電源2的正極與負極分別連接該等第一電極12，進而藉由該等第一電極12與該第二電極15使該n型熱電層13與該p型熱電層14串聯，該熱電致冷元件1中的電流流向如圖中的虛線101所示。該p型熱電層14的熱輸送方向與該電流方向相同，該n型熱電層13的熱輸送方向與該電流方向相反，熱輸送方向如圖中的箭頭102所示。因此該元件的頂部會吸熱而成為冷端，該元件的底部會放熱而成為熱端。該熱電致冷元件1在散熱應用上，可以將該冷端接上一熱源，將該熱
端接上一散熱片，如此即可透過該熱電致冷元件1將該熱源的熱往該散熱片傳導散出，而且吸收熱量與放出熱量可由電源之電流大小來決定。
該熱電致冷元件1除了可以用於散熱之外，還可藉由控制電流大小來進行溫控，也可以利用熱電致冷元件1兩端的溫差來產生電流，從而用於發電或可將電能儲存。
但無論何種應用方式，已知的熱電致冷元件1的第一電極12、第二電極15、p型熱電層14與n型熱電層13都使用不透光的材料，因此限制該熱電致冷元件1無法應用於需要可透光元件的裝置中。例如，用於觸控面板上的元件必須可透光，如此才不會遮蓋顯示器之影像。因此已知的熱電致冷元件1仍有待改良。
因此，本發明之目的，即在提供一種可透光的熱電致冷元件。
於是，本發明可透光的熱電致冷元件，包含：一可透光的第一基板、一可透光並與該第一基板上下間隔相對的第二基板、一可透光並位於該第一基板與該第二基板之間的p型熱電層、一可透光且位於該第一基板與該第二基板之間並與該p型熱電層左右間隔的n型熱電層，及一可透光的電極單元。該電極單元位於該第一基板與該第二基板之間，並連接該p型熱電層與該n型熱電層。
本發明之功效：藉由各個層體都由可透光材料製成，使本發明除了可應用於不要求透光度的裝置以外，進一步
還可應用於需要透明元件的裝置上，應用性較廣。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖3，本發明可透光的熱電致冷元件之一較佳實施例包含：一第一基板3、一第二基板4、一p型熱電層5、一n型熱電層6，以及一電極單元7。
該第一基板3與該第二基板4皆可透光，並且彼此上下間隔相對。該第一基板3包括一朝向該第二基板4的第一面31，該第二基板4包括一朝向該第一基板3的第二面41。本發明之第一基板3與第二基板4除了必須具有透光性之外，無其他特殊限制，該第一基板3與該第二基板4的材料例如玻璃或高分子材料，所述高分子材料例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)等等。
該p型熱電層5位於該第一基板3與該第二基板4之間，並且由可透光的p型半導體熱電材料製成。該p型熱電層5的材料例如p型氧化鋅，具體例為氧化鋅摻雜氮(ZnO：N)。
該n型熱電層6位於該第一基板3與該第二基板4之間，並與該p型熱電層5左右間隔。該n型熱電層6由可透光的n型半導體熱電材料製成，其材料例如n型氧化
鋅，具體例為氧化鋅摻雜鋁(ZnO：Al)、氧化鋅摻雜鎵(ZnO：Ga)、氧化鋅摻雜氟(ZnO：F)、氧化鋅摻雜硼(ZnO：B)、氧化鋅摻雜銦(ZnO：In)、氧化鋅摻雜矽(ZnO：Si)、氧化鋅摻雜鍺(ZnO：Ge)、氧化鋅摻雜鈦(ZnO：Ti)、氧化鋅摻雜鋯(ZnO：Zr)，或氧化鋅摻雜鉿(ZnO：Hf)。
該電極單元7位於該第一基板3與該第二基板4之間，用於連接該p型熱電層5與該n型熱電層6。該電極單元7可透光，並包括一連接於該第一基板3的第一面31與該p型熱電層5之間的第一導電層71、一連接於該第一基板3的第一面31與該n型熱電層6之間的第二導電層72，以及一位於該第二基板4的第二面41上並連接該p型熱電層5與該n型熱電層6的第三導電層73。該第一導電層71、該第二導電層72與該第三導電層73都是由可透光的材料製成，其材料例如石墨烯。由於石墨烯具有高導電性、高透光性、機械強度佳、具韌性等優點，因此適合作為本發明的電極材料。
需要說明的是，該第一導電層71與該第二導電層72雖然間隔設置，但實際上可同時製作完成。其製法是先在該第一基板3上鍍上一層石墨烯薄膜，再將該石墨烯薄膜蝕刻圖案化，即可得到該第一導電層71與該第二導電層72。
本發明的運作原理與一般的熱電致冷元件相同，亦如本文中的【先前技術】段落所述，在此不再說明。而本發明的整體材料皆由可透光材料製成，因此可以製作成透明
元件，適合應用於觸控面板等人機介面上，可作為溫度控制元件。透過適當的結構設計與電路設計將熱電致冷元件布設在面板的適當位置處，讓使用者觸控不同的螢幕位置時可以感受到不同的溫度。例如：當螢幕顯現冰山圖片時，使用者碰觸該冰山圖片會感受到較低的溫度；當螢幕顯現太陽圖片時，使用者碰觸該太陽圖片會感受到較高的溫度。藉此產生新奇特殊的觸感體驗，能提升使用樂趣。
需要說明的是，本發明的p型熱電層5與n型熱電層6都以氧化鋅材料為主，其優點在於氧化鋅為透明材料，可達到本發明的可透光要求，而且氧化鋅摻雜適當的元素就可以製作成p型或n型半導體，方便於製作該p型熱電層5與該n型熱電層6。
綜上所述，本發明藉由各個層體都由可透光材料製成，而且各層體對於可見光的穿透率都可達到85%以上，整合多種高透光性薄膜而製作成熱電致冷元件，除了可應用於不要求透光度的裝置以外，進一步還可應用於需要透明元件的裝置上，可作為溫控元件或幫助散熱。因此本發明的可透光結構設計在應用上更加廣泛。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
3‧‧‧第一基板
31‧‧‧第一面
4‧‧‧第二基板
41‧‧‧第二面
5‧‧‧p型熱電層
6‧‧‧n型熱電層
7‧‧‧電極單元
71‧‧‧第一導電層
72‧‧‧第二導電層
73‧‧‧第三導電層
圖1是一種已知的熱電致冷元件的示意圖；
圖2顯示該熱電致冷元件電連接一直流電源後的運作方式；及圖3為本發明可透光的熱電致冷元件之一較佳實施例的示意圖。
3‧‧‧第一基板
31‧‧‧第一面
4‧‧‧第二基板
41‧‧‧第二面
5‧‧‧p型熱電層
6‧‧‧n型熱電層
7‧‧‧電極單元
71‧‧‧第一導電層
72‧‧‧第二導電層
73‧‧‧第三導電層
Claims (8)
- 一種可透光的熱電致冷元件，包含：一可透光的第一基板；一可透光的第二基板，與該第一基板上下間隔相對；一可透光的p型熱電層，位於該第一基板與該第二基板之間；一可透光的n型熱電層，位於該第一基板與該第二基板之間，並與該p型熱電層左右間隔；及一可透光的電極單元，位於該第一基板與該第二基板之間，並連接該p型熱電層與該n型熱電層。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該p型熱電層的材料為氧化鋅摻雜氮。
- 依據申請專利範圍第1或2項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該n型熱電層的材料為氧化鋅摻雜鋁、氧化鋅摻雜鎵、氧化鋅摻雜氟、氧化鋅摻雜硼、氧化鋅摻雜銦、氧化鋅摻雜矽、氧化鋅摻雜鍺、氧化鋅摻雜鈦、氧化鋅摻雜鋯，或氧化鋅摻雜鉿。
- 依據申請專利範圍第3項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該電極單元的材料為石墨烯。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該電極單元的材料為石墨烯。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該第一基板的材料為玻璃或高分子材料，該 第二基板的材料為玻璃或高分子材料。
- 依據申請專利範圍第1項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該第一基板包括一朝向該第二基板的第一面，該第二基板包括一朝向該第一基板的第二面，該電極單元包括一連接於該第一基板的第一面與該p型熱電層之間的第一導電層、一連接於該第一基板的第一面與該n型熱電層之間的第二導電層，以及一位於該第二基板的第二面上並連接該p型熱電層與該n型熱電層的第三導電層。
- 依據申請專利範圍第7項所述之可透光的熱電致冷元件，其中，該第一導電層、該第二導電層及該第三導電層的材料為石墨烯。
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