WO2021225563A1 - Модуль термоэлектрической батареи - Google Patents

Модуль термоэлектрической батареи Download PDF

Info

Publication number
WO2021225563A1
WO2021225563A1 PCT/UA2020/000073 UA2020000073W WO2021225563A1 WO 2021225563 A1 WO2021225563 A1 WO 2021225563A1 UA 2020000073 W UA2020000073 W UA 2020000073W WO 2021225563 A1 WO2021225563 A1 WO 2021225563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
semiconductor
gap
semiconductors
graded
Prior art date
Application number
PCT/UA2020/000073
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Дмитриевич ХВОРОСТЯНЫЙ
Original Assignee
Khvorostianyi Andrii Dmytrovych
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 Khvorostianyi Andrii Dmytrovych filed Critical Khvorostianyi Andrii Dmytrovych
Publication of WO2021225563A1 publication Critical patent/WO2021225563A1/ru

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
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • 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
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/857—Thermoelectric active materials comprising compositions changing continuously or discontinuously inside the material

Definitions

  • thermoelectric generators namely to thermoelectric generators that use in their work the thermoelectric properties of graded-gap semiconductors, and can be used to power household electrical appliances, charge batteries for portable electronic devices or others, including being in the composition of a thermoelectric battery.
  • thermoelectric (patent RU 2557366 C2, H01L 35/32, H01L 35/34, published on 27.04.2015, at Bul. N «12) which comprises at least one strip of an n-type semiconductor and at least one strip of a p-type semiconductor, separated by a strip of insulating material, or spatially separated on an insulating material, and also contains strips of conductive material connecting one strip of an n-type semiconductor with one strip of semiconductor p-type and not in electrical contact with each other, and does not contain polymer substrates.
  • the disadvantages of the known analogue are low efficiency, strength and resistance to thermal expansion and contraction, large dimensions, low power, low ease of installation in a heat exchange device and a narrow scope, which are due to the design of the known analogue, as well as the composition of semiconductors.
  • the known analogue is a film that actually consists of parallel oriented strips made of p-type and n-type semiconductors, an insulating material and a conductive material
  • the known analogue has low resistance to thermal expansion and contraction, since all strips in the known analogue perform in one technological operation by the method of film casting or coextrusion, which leads to the formation of a film from dissimilar materials that have different coefficients of thermal expansion.
  • the strips that make up the film structure can be damaged and separated from each other due to thermal expansion and contraction of individual strips, while both the insulating material and the conductive material, that fill the gaps between semiconductors can be deformed and damaged.
  • the known analogue is unreliable, characterized by low strength and resistance to thermal expansion and contraction, since its design does not take into account the thermal expansion and contraction of individual constituent elements, which can lead to the destruction of the known analogue and loss of functionality during prolonged use.
  • the known analogue has large overall dimensions and is inconvenient to install in a heat exchange device, since to generate the required amount of electricity sufficient to power household electrical appliances, charge batteries for portable electronic devices, a film with a very large number of strips of p-type and n-type semiconductor materials is needed , which accordingly increases the overall width of the film structure and creates inconveniences when forming a thermoelectric generator from it and installing it into a heat exchange device.
  • the film structure with a small number of stripes accordingly, does not generate a sufficient amount of electricity during operation and cannot be used in a wide range of devices as a source of electrical energy.
  • the folding of the film structure, giving it the required shape can also damage the joints between the strips, which leads to a decrease in the strength of the known analogue.
  • the known analogue has low efficiency, power and a narrow scope, since the n-type and p-type semiconductors available in its design are not graded-gap, which significantly reduces the amount of electrical energy that the known analogue generates, and necessitates a large number of strips made of semiconductor material. Doping of semiconductors with acceptor and donor impurities as such and the creation of a heterojunction between semiconductors of the known analog does not allow obtaining a sufficient amount of electrical energy to power most of the known household devices or charge their power cells.
  • Semiconductors of the known analogue are deprived of the advantages inherent in graded-gap semiconductors, namely, the possibility of increased current generation due to the creation of an electric current directly due to the absorption of thermal energy, the creation of excess charge carriers, the temperature difference between the wide-gap and narrow-gap sides of the graded-gap semiconductor, etc.
  • thermoelectric module (patent for invention JP 2007243050 A, IPC H01L 35/32, published on September 20, 2007), which includes a polymer substrate and at least one pair of semiconductors consisting of an n-type semiconductor and a p- semiconductor type, while the middle parts of the n-type and p-type semiconductors are located in the holes of the substrate and are fixed in them, and the edge parts of the n-type and p-type semiconductors are located on both sides of the substrate and are connected in pairs by metal contacts.
  • the disadvantages of the known analogue are low efficiency, strength and resistance to thermal expansion and contraction, large dimensions, low power, low ease of installation in a heat exchange device and a narrow scope, which are due to the design of the known analogue, as well as the composition of semiconductors. Since in the known analogue each of the semiconductors is located virtually on both sides of the substrate and is fixed in the holes of the substrate by soldering or another similar method, the thermal expansion of the hot sides of the semiconductors after prolonged use of the known analogue can lead to the expansion of the holes in the substrate and to its destruction, and the thermal contraction cold sides of semiconductors during long-term use of the known analog can lead to the separation of the semiconductors from the substrate and their fallout.
  • the known analogue has large overall dimensions and low ease of installation in a heat exchange device, since, like the previous analogue, it needs a large number of semiconductor pairs to generate the required amount of electricity sufficient to power household electrical appliances, charge batteries for portable electronic devices, which accordingly increases the substrate area , on both sides of which semiconductors are fixed.
  • a large area of a horizontally oriented substrate in turn, requires a large overall dimensions of the installation space, which is especially critical if the known analogue is intended to be installed inside the device, for example, in its housing.
  • the known analogue requires heating and cooling of metal contacts on the edge parts of semiconductors, which in turn requires additional structural elements for the specified heating and cooling on both sides of the substrate, which requires additional space to accommodate a known analogue.
  • the known analogue has low efficiency, power and a narrow scope of application, since, like the previous analogue, the n-type and p-type semiconductors available in its design are not graded-gap, which significantly reduces the amount of electrical energy that the known analogue generates, and necessitates a large number of well-known semiconductor pairs.
  • the limited amount of electrical energy that the known analogue generates is not capable of supplying or charging the power supply elements of a wide range of devices and requires the use of the known analogue exclusively in devices for which a small amount of generated electrical energy is sufficient.
  • thermoelectric device (patent for invention US 2009084421 A1, IPC H01L 35/32, H01L 35/34, C23C 14/34, published 02.04.2009), which includes a flexible substrate made of a polymer dielectric material and two connected with it semiconductor blocks, one of which is located on one side of the substrate, and the other on the other side of the substrate, while each semiconductor block is connected to the leads and includes at least one pair of p-type and n-type semiconductors connected to each other, which are located one above the other in each semiconductor block to form a heterojunction.
  • the disadvantages of the known analogue are low efficiency, strength and resistance to thermal expansion and contraction, large dimensions, low power, low ease of installation in a heat exchange device and a narrow scope, which are due to the design of the known analogue, as well as the composition of semiconductors. Since the substrate of the closest analogue is made of a flexible polymer material and, in fact, is a film, and the closest analogue itself is a film of several horizontally oriented layers, heating and cooling of semiconductor blocks are necessary for the Seebeck effect and the generation of an electric current, with prolonged use of the closest analogue can deform and damage the substrate, which, in turn, leads to the destruction of the semiconductor blocks located on it.
  • the coefficient of thermal expansion of polymeric materials is significant, which, in turn, causes a large expansion of the substrate during heating and a large compression of the substrate of the closest analogue during cooling, which also negatively affects the integrity of the closest analogue and causes its low strength and resistance to thermal expansion and compression.
  • the known analogue has large overall dimensions and low ease of installation in a heat exchange device, since a long film strip with a large surface area of semiconductor blocks is required to generate a sufficiently large amount of electrical energy, which, in turn, necessitates a large area for its placement, despite on a relatively small thickness of the closest analogue.
  • heating and cooling of the closest analogue requires the installation of a large number of heating and cooling devices with a large area of elements that are cooled or heated, their connection to semiconductor blocks, which requires large expenditures of materials, many complex operations, additional space and is inconvenient.
  • the closest analogue is also inconvenient, since all operations associated with its installation in a heat exchange facility, based on its design solution, must be carried out completely the closest analogue, which also creates the risk of damage to the closest analogue as a result of careless actions of the user.
  • the semiconductors of the closest analogue are not graded-gap semiconductors, which leads to its low power, low efficiency and narrow scope, since a thermoelectric generator, which produces a small amount of electrical energy, having large dimensions, can be used to power or charge a very limited range of devices.
  • a thermoelectric generator which produces a small amount of electrical energy, having large dimensions, can be used to power or charge a very limited range of devices.
  • thermoelectric battery module which has an increased efficiency and high power, greater resistance to temperature changes and thermal expansion and contraction of its structural elements, in particular the substrate, as well as small overall dimensions.
  • thermoelectric battery module including a substrate and two semiconductor blocks connected to it, one of which is located on one side of the substrate, and the other on the other side of the substrate, while each semiconductor unit includes at least one a pair of semiconductors connected to each other
  • the substrate is made of a conductive material
  • the semiconductors are graded-gap
  • the wide-gap side of at least one graded-gap semiconductor is connected to the narrow-gap side of at least one another graded-gap semiconductor, the wide-gap side of which is connected to the substrate.
  • the narrow-gap side of each semiconductor is made of germanium
  • the wide-gap side of each semiconductor is made of silicon
  • the substrate is made of molybdenum.
  • the semiconductor blocks are made in the form of films deposited on the sides of the substrate.
  • ohmic contacts with contact surfaces are fixed on the outer surfaces of the semiconductor blocks, made with the possibility of extracting heat from the coolant, and connected to each outer surface of the semiconductor blocks and to the substrate via a lead.
  • one semiconductor unit contains at least two separate pairs of semiconductors connected to each other in a pair, located opposite at least two separate pairs of semiconductors connected to each other in a pair of semiconductors of another semiconductor unit.
  • the substrate is detachable and contains two plates of conductive material, made with the possibility of detachment.
  • the technical result is to increase the strength and resistance to thermal expansion and contraction, reduce the overall dimensions, ensure unhindered heat transfer by the heat flux from the outer sides of the semiconductor blocks to the substrate and through it with an increase in the efficiency and power, increase the convenience of installation in the heat exchanger and expand the sphere application.
  • the causal relationship between the essential features of the invention and the expected technical result is as follows.
  • thermoelectric battery module namely, the implementation of the substrate from a conductive material, the relative position of the semiconductors in the semiconductor blocks, and also due to the presence of graded-gap semiconductors in the semiconductor blocks.
  • the substrate of the claimed thermoelectric battery module is made of a conductive material, which is usually a metal or an alloy of several metals
  • the specified substrate has a significantly higher strength, resistance to high and low temperatures, and also resistance to temperature changes than substrates made of polymeric materials.
  • most conductive materials have a low coefficient of thermal expansion, which eliminates the possibility of deformation or damage to the claimed module due to thermal expansion and contraction of the substrate, detachment of semiconductor blocks from the substrate, etc.
  • the implementation of the substrate from a conductive material allows it to be used as an ohmic contact, simplifies the design of the thermoelectric battery declared for the module, and its increased strength eliminates the possibility of damage to the declared module as a result of careless actions of the user when installed in the heat exchange means.
  • the implementation of the substrate from a conductive material also increases the efficiency and power of the declared thermoelectric battery module, since the conductive materials have low heat capacity and high conductivity, which allows them to both pass heat fluxes through themselves and avoid excessive heating, and also allows the generation of electrical energy due to heat flux absorption, which came from one semiconductor block, another semiconductor block.
  • the presence in the semiconductor blocks of graded-gap semiconductors, which are arranged in such a way that the wide-gap side of at least one graded-gap semiconductor in the semiconductor unit is connected to the narrow-gap side of at least one other graded-gap semiconductor, the wide-gap side of which is connected to the substrate, makes it possible to increase the efficiency and power of the claimed module , as well as to ensure unhindered heat transfer by the heat flux from the outer sides of the semiconductor blocks to and through the substrate, since this ensures the thermal motion of minority charge carriers in the graded-gap semiconductors and one-way superintegration of minority charge carriers with their excess concentration through the heterojunction formed between the graded-gap semiconductors, which leads to the appearance of powerful diffusion and drift currents and the generation of large amounts of electrical energy.
  • the Seebeck effect which occurs in a non-uniformly heated at least one graded-gap semiconductor in each semiconductor unit, makes it possible to create an electromotive force, which, with the declared arrangement of the graded-gap semiconductors, promotes the transfer of charge carriers and allows obtaining additional electrical energy as a result of the above non-uniform heating.
  • the semiconductor blocks of the claimed module generate a greater amount of electrical energy than the known analogs, which allows them to power or charge the batteries for a wide range of devices and expands the scope of their application.
  • the declared module can be easily installed in any heat exchange means that will heat the outer sides of the semiconductor blocks, as well as assembled into compact thermoelectric batteries.
  • the need for bulky additional devices for heating and cooling semiconductor blocks, connecting leads, holding the claimed module in a heat exchange means, etc. is eliminated.
  • the wide-gap side of each semiconductor made of silicon simplifies and reduces the cost of production of graded-gap semiconductors for a semiconductor block, since these chemical elements are not rare, have a low cost and can be combined into a graded-gap semiconductor without the use of complex equipment, high costs energy, labor and time using well known methods.
  • silicon and germanium have a difference in the band gap necessary for the effective operation of the declared thermoelectric generator, and are also easily doped with acceptor and donor impurities.
  • silicon and germanium are not highly toxic chemical elements, which makes graded-gap semiconductors made of them safe for the user of the declared thermoelectric generator and the environment.
  • the implementation of the substrate from molybdenum increases the strength and resistance of the claimed module to thermal expansion and contraction, since molybdenum, together with good conductive properties, has great strength and a very low coefficient of thermal expansion, which makes the thickness and area of the substrate practically unchanged during temperature fluctuations occurring during operation of the declared module, and also prevents mechanical damage to the substrate and the declared module.
  • molybdenum has a high thermal conductivity, which allows you to freely transfer charge carriers from one semiconductor unit to another to generate additional amount of electrical energy.
  • the implementation of the semiconductor blocks in the form of films deposited on the sides of the substrate makes it possible to reduce the overall dimensions of the declared module, since with such a design of the semiconductor blocks, the declared module has a minimum thickness, which, in turn, allows, if necessary, to place a larger number of the declared modules in the heat exchange means.
  • thermoelectric battery module The design of the claimed thermoelectric battery module is explained using the following images:
  • FIG. 1 - View of the declared thermoelectric battery module.
  • FIG. 2 - View of an embodiment of the claimed thermoelectric battery module with a semiconductor unit, which contains at least two isolated pairs of semiconductors connected to each other in a pair, located opposite at least two isolated pairs of semiconductors connected to each other in a pair of another semiconductor unit.
  • the drawing schematically shows a preferred, but not exclusive, embodiment of the claimed thermoelectric battery module, including a substrate 1 and two semiconductor blocks 2.
  • a substrate 1 On the outer surfaces of the semiconductor blocks 2 are fixed ohmic contacts 4 with contact surfaces, and to each outer surface of the semiconductor blocks 2 and to substrate 1 is connected at pin 5.
  • the substrate 1 is connected to the semiconductor blocks 2 and is made of a conductive material.
  • the substrate 1 is made of molybdenum and is a plate located between the semiconductor blocks 2, namely between the wide-gap sides of the graded-gap semiconductors 3 adjacent to the substrate 1.
  • Substrate 1 made of molybdenum can be coated with a layer of molybdenum silicide, necessary to facilitate the epitaxy of semiconductor films on a substrate.
  • the substrate 1 can be detachable and consist of two plates of conductive material, made with the possibility of detachment.
  • the semiconductor blocks 2 are connected to the substrate 1. Such a connection can be achieved, for example, by soldering or forming the semiconductor blocks 2 on the substrate 1, for example, by epitaxial diffusion.
  • One of the semiconductor units 2 is located on one side of the substrate 1, and the other on the other side of the substrate 1, with each semiconductor unit 2 comprising at least one pair of graded-gap semiconductors 3 connected to each other.
  • the semiconductor units 2 can be made in the form of films applied to the sides of the substrate 1.
  • one semiconductor unit 2 contains at least two separate pairs connected to each other in a pair of semiconductors 3, which are located opposite at least two isolated pairs connected to each other in a pair of semiconductors 3 of another semiconductor unit 2.
  • Graded-gap semiconductors 3 are components of semiconductor blocks 2 and are arranged in such a way that the wide-gap side Si of at least one graded-gap semiconductor 3 in the semiconductor block 2 is connected to the narrow-gap side Ge of at least one other graded-gap semiconductor 3, the wide-gap side Si of which is connected to the substrate ...
  • the narrow-gap side of each graded-gap semiconductor 3 is made of germanium
  • the wide-gap side of each graded-gap semiconductor 3 is made of silicon.
  • the narrow-gap and wide-gap sides of the graded-gap semiconductors 3 can be made of other semiconductor materials that have the necessary difference in the band gap.
  • the graded-gap semiconductors 3 can be doped with acceptor and donor impurities, and also have a layer of material with intrinsic conductivity in the embodiments of the claimed module.
  • Ohmic contacts 4 are made on the outer surfaces of the semiconductor block 2, which are the outer surfaces of the graded-gap semiconductors 3.
  • the ohmic contacts 4 are horizontally oriented plates permanently connected to the outer surfaces of the semiconductor block 2, which in a preferred embodiment of the claimed invention are made of aluminum.
  • ohmic contacts 4 can be made of another material that has high thermal conductivity, chemical resistance and resistance to high temperatures.
  • Leads 5 are connected to narrow gap sides of Ge semiconductor blocks 2 and to substrate 1.
  • leads 5 comprise metal contacts connected to narrow gap sides of Ge semiconductor blocks 2 and to substrate 1 and are coated with an insulating coating.
  • leads 5 can be detachably connected to the narrow-gap sides of the Ge semiconductor blocks 2 and to the substrate 1, for example, using clamping means.
  • the material of metal contacts for leads 5 can be, for example, copper or other chemical elements with pronounced metallic properties.
  • thermoelectric battery module is used as follows.
  • thermoelectric battery module along with other identical or similar modules is installed in a thermoelectric battery of which it is a part.
  • the modules of the thermoelectric battery are installed in the heat exchange means in such a way that the ohmic contacts 4 are located between the two means for transferring the heat carrier, which are part of the heat exchange means and through which the liquid or gaseous heat carrier passes.
  • Such means for transferring the heat transfer medium can be, for example, solar collector coil tubes, components of heating devices, or other similar means.
  • the ohmic contacts 4 come into direct contact with the surfaces of the means for transferring the heat carrier or with contact elements configured to take heat from the heat carrier in the heat exchange means.
  • the heat transfer medium contained in said transfer means is heated by an external heat source, for example, with the help of fuel, gas or accumulated solar rays.
  • the contacts of the terminals 5 are connected, for example, to a current-voltage converter, forming an electrical circuit.
  • Heat energy with the coolant passes through ohmic contacts 4, through the outer surfaces of the semiconductor blocks 2 and unevenly heats the graded-gap semiconductors 3, which starts the operation of the claimed thermoelectric battery module. Due to the movement of charge carriers between the sides of the graded-gap semiconductors 2 and through the heterojunctions formed between the graded-gap semiconductors 3, a diffusion current and a drift current arise.
  • an electric current appears in the formed electrical circuit, which is directed through the terminals 5, for example, to the current-voltage converter or converters and can be used to power household appliances, technical equipment, charge batteries for portable electronic devices and others.
  • thermoelectric battery module To stop the operation of the claimed thermoelectric battery module, it is enough to disconnect the wires of terminals 5 from the device, which closes the electric circuit, or to stop heating the coolant, or to remove the declared thermoelectric battery module from the thermoelectric battery, of which it is a part.
  • thermoelectric battery module that has the claimed set of essential features, therefore the presented technical solution meets the criterion of "novelty”.
  • the proposed technical solution is industrially applicable, since it does not contain any structural elements and materials that cannot be reproduced at the present stage of development of technology in industrial production.

Landscapes

  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Изобретение принадлежит к термоэлектрическим генераторам, а именно к термоэлектрическим генераторам, использующим в своей работе термоэлектрические свойства варизонных полупроводников, и может быть использовано для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств или другого, в том числе находясь в составе термоэлектрической батареи. Модуль термоэлектрической батареи включает подложку и два соединённых с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом полупроводников. Подложка выполнена из проводникового материала, полупроводники являются варизонными, при этом в каждом полупроводниковом блоке широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой. Техническим результатом является повышение эффективности, прочности и стойкости к температурному расширению и сжатию, уменьшение габаритных размеров, обеспечение беспрепятственного переноса тепла тепловым потоком от внешних сторон полупроводниковых блоков к подложке и через неё с повышением коэффициента полезного действия и мощности, повышение удобства установки в теплообменное средство и расширение сферы применения.

Description

МОДУЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ БАТАРЕИ
Изобретение принадлежит к термоэлектрическим генераторам, а именно к термоэлектрическим генераторам, использующим в своей работе термоэлектрические свойства варизонных полупроводников, и может быть использовано для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств или другого, в том числе находясь в составе термоэлектрической батареи.
Из уровня техники известна плёночная структура, используемая для производства термоэлектрогенераторов (патент на изобретение RU 2557366 С2, H01L 35/32, H01L 35/34, опубликовано 27.04.2015 г., Бюл. N« 12), которая содержит по меньшей мере одну полосу из полупроводника n-типа и по меньшей мере одну полосу из полупроводника p-типа, разделенные полосой из изоляционного материала, или пространственно разделенные на изоляционном материале, а также содержит полосы из проводникового материала, соединяющие одну полосу из полупроводника n-типа с одной полосой из полупроводника p-типа и не имеющие электрического контакта друг с другом, и не содержит полимерных подложек.
Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников.
Поскольку известный аналог представляет собой плёнку, которая фактически состоит из параллельно ориентированных полос, выполненных из полупроводников p-типа и n-типа, изоляционного материала и проводникового материала, известный аналог имеет низкую устойчивость к температурному расширению и сжатию, поскольку все полосы в известном аналоге выполняют за одну технологическую операцию методом плёночного литья или соэкструзии, что приводит к образованию пленки из разнородных материалов, которые имеют разный коэффициент температурного расширения. При необходимом нагревании и охлаждении различных сторон термоэлектрогенераторов, выполненных с использованием известного аналога, полосы, из которых состоит пленочная структура, могут быть повреждены и отделены друг от друга вследствие температурного расширения и сжатия отдельных полос, при этом как изоляционный материал, так и проводниковый материал, которые заполняют промежутки между полупроводниками, могут быть деформированы и повреждены. Таким образом известный аналог является ненадёжным, характеризуется низкой прочностью и устойчивостью к температурному расширению и сжатию, поскольку его конструкция не учитывает температурное расширение и сжатие отдельных составляющих элементов, что может привести к разрушению известного аналога и потери им функциональности во время длительного использования.
Известный аналог имеет большие габаритные размеры и неудобен в установке в теплообменное средство, поскольку для генерирования необходимого количества электроэнергии, достаточного для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств необходима плёнка с очень большим количеством полос из полупроводниковых материалов p-типа и n-типа, что соответственно увеличивает общую ширину плёночной структуры и создает неудобства при формировании из него термоэлектрогенератора и установки в теплообменное средство. Пленочная структура с малым количеством полос, соответственно, не производит достаточного количества электроэнергии во время работы и не может быть использована в широком кругу устройств в качестве источника электрической энергии. При этом сворачивание плёночной структуры, придание ей необходимой формы могут также повредить места соединения между полосами, что приводит к снижению прочности известного аналога. Известный аналог имеет низкую эффективность, мощность и узкую сферу применения, поскольку полупроводники n-типа и p-типа, имеющиеся в его конструкции, не являются варизонными, что значительно снижает количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, и обусловливает необходимость в большом количестве полос из полупроводникового материала. Легирование полупроводников акцепторными и донорными примесями как таковое и создание гетероперехода между полупроводниками известного аналога не позволяет получить достаточное количество электрической энергии для питания большинства известных бытовых устройств или зарядки элементов их питания. Полупроводники известного аналога лишены преимуществ, присущих варизонным полупроводникам, а именно возможности повышенного генерирования тока за счёт создания электрического тока напрямую вследствие поглощения тепловой энергии, создание излишков носителей заряда, разности температур между широкозонной и узкозонной сторонами варизонного полупроводника и т.д.
Также известен термоэлектрический модуль (патент на изобретение JP 2007243050 А, МПК H01L 35/32, опубликовано 20.09.2007 г.), который включает полимерную подложку и, по меньшей мере, одну пару полупроводников, состоящую из полупроводника n-типа и полупроводника p-типа, при этом средние части полупроводников n-типа и р-типа расположены в отверстиях подложки и закреплены в них, а краевые части полупроводников n-типа и p-типа расположены по обе стороны от подложки и попарно соединены металлическими контактами.
Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников. Поскольку в известном аналоге каждый из полупроводников расположен фактически по обе стороны от подложки и закреплён в отверстиях подложки спаиванием или другим подобным способом, температурное расширение горячих сторон полупроводников после длительного использования известного аналога может привести к расширению отверстий в подложке и к её разрушению, а температурное сжатие холодных сторон полупроводников в течение длительного использования известного аналога может привести к отделению полупроводников от подложки и их выпадению. Как повреждение подложки, так и отделение полупроводников от подложки приводят к потерям известным аналогом своей функциональности, что указывает на его низкую прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию. Кроме того длительный и резкий температурный перепад между горячей и холодной стороной полупроводников, характерный для термоэлектрических долей подобных известному аналогу, приводит к повреждению и разрушению проводников, что также снижает прочность известного аналога.
Известный аналог имеет большие габаритные размеры и низкое удобство установки в теплообменное средство, поскольку, подобно предыдущему аналогу, нуждается в большом количестве полупроводниковых пар для генерирования необходимого количества электроэнергии, достаточной для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств, что соответственно увеличивает площадь подложки, по обе стороны которой закреплены полупроводники. Большая площадь горизонтально ориентированной подложки, в свою очередь, требует больших габаритных размеров пространства для установки, что особенно критично, если известный аналог предназначен для установки вовнутрь устройства, например, в его корпус. При этом известный аналог требует нагревания и охлаждения металлических контактов на краевых частях полупроводников, что в свою очередь обусловливает потребность в дополнительных конструктивных элементах для указанного нагревания и охлаждения с обеих сторон от подложки, что требует дополнительного пространства для размещения известного аналога.
Известный аналог имеет низкую эффективность, мощность и узкую сферу применения, поскольку подобно предыдущему аналогу полупроводники n-типа и p-типа, имеющиеся в его конструкции, не является варизонными, что значительно снижает количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, и обусловливает необходимость в большом количестве общеизвестных полупроводниковых пар. Ограниченное количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, не способно питать или заряжать питающие элементы широкого круга устройств и обусловливает использование известного аналога исключительно в устройствах, для которых является достаточным небольшое количество генерируемой электрической энергии.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является термоэлектрическое устройство (патент на изобретение US 2009084421 А1, МПК H01L 35/32, H01L 35/34, С23С 14/34, опубликован 02.04.2009 г.), которое включает гибкую подложку из полимерного диэлектрического материала и два соединенных с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок соединен с выводами и включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом полупроводников p-типа и n-типа, которые расположены друг над другом в каждом полупроводниковом блоке с образованием гетероперехода.
Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников. Поскольку подложка ближайшего аналога выполнена из гибкого полимерного материала и, по сути, является плёнкой, а сам ближайший аналог является плёнкой из нескольких горизонтально ориентированных слоев, нагрев и охлаждение полупроводниковых блоков, необходимые для возникновения эффекта Зеебека и генерирования электрического тока, при длительном использовании ближайшего аналога могут деформировать и повредить подложку, что, в свою очередь, приводит к разрушению расположенных на ней полупроводниковых блоков. Кроме того коэффициент температурного расширения полимерных материалов является значительным, что, в свою очередь обусловливает большое расширение подложки при нагревании и большое сжатие подложки ближайшего аналога во время охлаждения, что также негативно влияет на целостность ближайшего аналога и обусловливает его низкую прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию.
Известный аналог имеет большие габаритные размеры и низкое удобство установки в теплообменное средство, поскольку для генерирования достаточно большого количества электрической энергии необходима плёночная полоса большой длины с большой площадью поверхности полупроводниковых блоков, что, в свою очередь, обусловливает необходимость в большой площади для её размещения, несмотря на относительно небольшую толщину ближайшего аналога. Кроме того нагрев и охлаждение ближайшего аналога требует установки большого количества нагревательных и охлаждающих устройств с большой площадью элементов, которые охлаждаются или нагреваются, их присоединения к полупроводниковым блокам, что требует больших затрат материалов, множества сложных операций, дополнительного пространства и является неудобным. Ближайший аналог также является неудобным, поскольку все операции, связанные с его установкой в теплообменное средство, исходя из его конструктивного решения, необходимо проводить полностью развернув ближайший аналог, что также создает риск повреждения ближайшего аналога в результате неосторожных действий пользователя.
Подобно предыдущим аналогам, полупроводники ближайшего аналога не является варизонными полупроводниками, что обусловливает его низкую мощность, низкую эффективность и узкую сферу применения, поскольку термоэлектрический генератор, который производит небольшое количество электрической энергии, имея большие габаритные размеры, может быть использован для питания или зарядки очень ограниченного круга устройств. Использование полупроводников p-типа и n-типа, которые не имеют варизонного строения, уменьшает количество электрической энергии, которое может быть генерировано ближайшим аналогом путём поглощения тепла из теплообменного средства и вследствие протекания в нём термоэлектрических процессов.
Технической задачей заявленного изобретения является создание нового модуля термоэлектрической батареи, который имеет повышенный коэффициент полезного действия и большую мощность, большую устойчивость к перепадам температуры и температурному расширению и сжатию его конструктивных элементов, в частности подложки, а также малые габаритные размеры.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в модуле термоэлектрической батареи, включающем подложку и два соединённых с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок включает по меньшей мере одну пару соединенных друг с другом полупроводников, согласно предложению, подложка выполнена из проводникового материала, полупроводники являются варизонными, при этом в каждом полупроводниковом блоке широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой.
При этом, согласно предложению, узкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из германия, широкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из кремния, а подложка выполнена из молибдена.
Также, согласно предложению, полупроводниковые блоки выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки.
Вместе с тем, согласно предложению, на внешних поверхностях полупроводниковых блоков закреплены омические контакты с контактными поверхностями, выполненные с возможностью отбора тепла с теплоносителя, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков и к подложке присоединено по выводу.
Кроме того, согласно предложению, один полупроводниковый блок содержит по меньшей мере две отдельные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.
Кроме того, согласно предложению, подложка выполнена разъёмной и содержит две пластины из проводникового материала, выполненные с возможностью разъединения.
Техническим результатом является повышение прочности и стойкости к температурному расширению и сжатию, уменьшение габаритных размеров, обеспечение беспрепятственного переноса тепла тепловым потоком от внешних сторон полупроводниковых блоков к подложке и через неё с повышением коэффициента полезного действия и мощности, повышение удобства установки в теплообменное средство и расширение сферы применения. Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и ожидаемым техническим результатом заключается в следующем.
Указанный выше технический результат обеспечивается за счёт усовершенствования конструкции модуля термоэлектрической батареи, а именно выполнения подложки из проводникового материала, взаимного расположения полупроводников в полупроводниковых блоках, а также за счёт наличия в полупроводниковых блоках варизонных полупроводников.
Поскольку подложка заявленного модуля термоэлектрической батареи выполнена из проводникового материала, которым обычно является металл или сплав нескольких металлов, указанная подложка имеет значительно большую прочность, устойчивость к большим и малым температурам, а также устойчивость к перепадам температуры, чем подложки из полимерных материалов. Кроме того, большинство проводниковых материалов имеют малый коэффициент температурного расширения, что устраняет возможность деформации или повреждения заявленного модуля вследствие температурного расширения и сжатия подложки, открепления полупроводниковых блоков от подложки и т.д. При этом выполнение подложки из проводникового материала позволяет использовать её в качестве омического контакта, упрощает конструкцию заявленного модулю термоэлектрической батареи, а ее повышенная прочность устраняет возможность повреждения заявленного модуля в результате неосторожных действий пользователя при установке в теплообменное средство.
Выполнение подложки из проводникового материала также повышает эффективность и мощность заявленного модуля термоэлектрической батареи, поскольку проводниковые материалы имеют малую теплоёмкость и высокую проводимость, что позволяет им как пропускать через себя тепловые потоки, так и избегать чрезмерного нагревания, а также позволяет осуществить генерирование электрической энергии за счёт поглощения теплового потока, который поступил из одного полупроводникового блока, другим полупроводниковым блоком.
Наличие в полупроводниковых блоках варизонных полупроводников, которые расположены таким образом, что широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника в полупроводниковом блоке соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой, позволяет повысить эффективность и мощность заявленного модуля, а также обеспечить беспрепятственный перенос тепла тепловым потоком от внешних сторон полупроводниковых блоков к подложке и через неё, поскольку таким образом обеспечивается тепловое движение неосновных носителей заряда в варизонных полупроводниках и односторонняя суперинженкция неосновных носителей заряда при их избыточной концентрации через образованный между варизонными полупроводниками гетеропереход, что приводит к появлению мощных диффузионного и дрейфового тока и генерированию большого количества электрической энергии. Эффект Зеебека, возникающий в неоднородно нагретом по меньшей мере одном варизонном полупроводнике в каждом полупроводниковом блоке, позволяет создать электродвижущую силу, которая при заявленном расположении варизонных полупроводников способствует переносу носителей заряда и позволяет получить дополнительную электрическую энергию в результате указанного выше неоднородного нагревания. При этом, будучи небольшими по размерам и площади, полупроводниковые блоки заявленного модуля генерируют большее количество электрической энергии, чем известные аналоги, что позволяет им питать или заряжать элементы питания широкого круга устройств и расширяет сферу их применения.
Поскольку полупроводниковые блоки могут генерировать повышенное количество электрической энергии при небольших габаритных размерах, а также расположены на удобной в использовании и прочной подложке, заявленный модуль можно легко установить в любое теплообменное средство, которое будет нагревать внешние стороны полупроводниковых блоков, а также компоновать в компактные термоэлектрические батареи. При этом благодаря конструкции заявленного модуля устраняется необходимость в громоздких дополнительных устройствах для нагревания и охлаждения полупроводниковых блоков, присоединения выводов, удержания заявленного модуля в теплообменном средстве и т.д.
Выполнение узкозонной стороны каждого полупроводника из германия, широкозонной стороны каждого полупроводника из кремния упрощает и удешевляет производство варизонных полупроводников для полупроводникового блока, поскольку данные химические элементы не являются редкими, имеют небольшую стоимость и могут быть объединены в составе варизонного полупроводника без использования сложного оборудования, больших затрат энергии, труда и времени с помощью хорошо известных способов. Вместе с тем кремний и германий имеют необходимую для эффективной работы заявленного термоэлектрического генератора разницу в ширине запрещённой зоны, а также легко легируются акцепторными и донорными примесями. При этом кремний и германий не являются высокотоксичными химическими элементами, что делает изготовленные из них варизонные полупроводники безопасными для пользователя заявленного термоэлектрического генератора и окружающей среды.
Выполнение подложки из молибдена повышает прочность и устойчивость заявленного модуля к температурному расширению и сжатию, поскольку молибден, вместе с хорошими проводниковыми свойствами, имеет большую прочность и очень низкий коэффициент теплового расширения, что делает толщину и площадь подложки практически неизменной при температурных колебаниях, возникающих при работе заявленного модуля, а также предотвращает механическое повреждение подложки и заявленного модуля. При этом молибден обладает большой теплопроводностью, что позволяет беспрепятственно переносить носители заряда с одного полупроводникового блока к другому для генерирования дополнительного количества электрической энергии.
Закрепление на внешних поверхностях полупроводниковых блоков омических контактов с контактными поверхностями, выполненных с возможностью отбора тепла из теплоносителя позволяет повысить эффективность и мощность заявленного модуля за счёт более интенсивного отбора тепла из теплоносителя для образования более мощных термоэлектрических явлений в варизонных полупроводниках полупроводниковых блоков.
Выполнение полупроводниковых блоков в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки, позволяет уменьшить габаритные размеры заявленного модуля, поскольку при таком выполнении полупроводниковых блоков заявленный модуль имеет минимальную толщину, что, в свою очередь, позволяет при необходимости разместить большее количество заявленных модулей в теплообменном средстве.
Конструкция заявленного модуля термоэлектрической батареи поясняется с помощью следующих изображений:
Фиг. 1 - Вид заявленного модуля термоэлектрической батареи.
Фиг. 2 - Вид варианта выполнения заявленного модуля термоэлектрической батареи с полупроводниковым блоком, который содержит по меньшей мере две обособленные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.
В изображениях использованы следующие условные обозначения:
- ^ - направление тепловых потоков
^ - дрейфовый ток
Figure imgf000014_0001
- диффузионный ток
- ВЫВОДЫ Ge - узкозонные стороны варизонных полупроводников, выполненные из германия в варианте выполнения;
Si - широкозонные стороны варизонных полупроводников, выполненные из кремния в варианте выполнения.
На чертеже схематично изображён предпочтительный, но не исключительный, вариант выполнения заявленного модуля термоэлектрической батареи, включающий подложку 1 и два полупроводниковых блока 2. На внешних поверхностях полупроводниковых блоков 2 закреплены омические контакты 4 с контактными поверхностями, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1 присоединено по выводу 5.
Подложка 1 соединена с полупроводниковыми блоками 2 и выполнена из проводникового материала. В предпочтительном варианте выполнения заявленного модуля подложка 1 выполнена из молибдена и представляет собой пластину, расположенную между полупроводниковыми блоками 2, а именно между широкозонными сторонами варизонных полупроводников 3, прилегающих к подложке 1. Подложка 1 , выполненная из молибдена, может быть покрыта слоем силицида молибдена, необходимого для облегчения эпитаксии полупроводниковых плёнок на подложке. Также, в варианте исполнения, подложка 1 может быть разъёмной и состоять из двух пластин из проводникового материала, выполненных с возможностью разъединения.
Полупроводниковые блоки 2 соединены с подложкой 1. Такое соединение может быть достигнуто, например, спаиванием или формированием полупроводниковых блоков 2 на подложке 1, например, путём эпитаксиальной диффузии. Один из полупроводниковых блоков 2 расположен на одной стороне подложки 1, а другой - на другой стороне подложки 1, при этом каждый полупроводниковый блок 2 включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом варизонных полупроводников 3. Полупроводниковые блоки 2 могут быть выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки 1. В варианте выполнения один полупроводниковый блок 2 содержит, по меньшей мере, две обособленные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников 3, которые расположены напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников 3 другого полупроводникового блока 2.
Варизонные полупроводники 3 являются составными частями полупроводниковых блоков 2 и расположены таким образом, что широкозонная сторона Si по меньшей мере одного варизонного полупроводника 3 в полупроводниковом блоке 2 соединена с узкозонной стороной Ge по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника 3, широкозонная сторона Si которого соединена с подложкой. В предпочтительном варианте выполнения узкозонная сторона каждого варизонного полупроводника 3 выполнена из германия, широкозонная сторона каждого варизонного полупроводника 3 выполнена из кремния. Вместе с тем узкозонные и широкозонные стороны варизонных полупроводников 3 могут быть выполнены из других полупроводниковых материалов, которые имеют необходимую разницу в ширине запрещенной зоны. Также варизонные полупроводники 3 могут быть легированы акцепторными и донорными примесями, а также иметь слой материала с собственной проводимостью в вариантах выполнения заявленного модуля.
Омические контакты 4 выполнены на наружных поверхностях полупроводникового блока 2, которые являются внешними поверхностями варизонных полупроводников 3. В варианте выполнения омические контакты 4 представляют собой неразъёмно соединенные с внешними поверхностями полупроводникового блока 2 горизонтально ориентированные пластины, которые в предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения выполнены из алюминия. Вместе с тем омические контакты 4 могут быть выполнены из другого материала, который обладает высокой теплопроводностью, химической стойкостью и устойчивость к действию высокой температуры. Выводы 5 присоединены к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1. В предпочтительном варианте выполнения выводы 5 содержат металлические контакты, присоединенные к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1, и покрыты изоляционным покрытием. Также выводы 5 могут быть разъёмно присоединены к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1, например, с использованием прижимным средств. Материалом металлических контактов для выводов 5 может быть, например, медь или другие химические элементы с выраженными металлическими свойствами.
Заявленный модуль термоэлектрической батареи используют следующим образом.
Сначала модуль термоэлектрической батареи наряду с другими идентичными или подобными модулями устанавливают в термоэлектрическую батарею, частью которой он является. При этом модули термоэлектрической батареи устанавливают в теплообменное средство таким образом, чтобы омические контакты 4 были расположены между двумя средствами переноса теплоносителя, которые входят в состав теплообменного средства и по которым проходит жидкий или газообразный теплоноситель. Такими средствами переноса теплоносителя могут быть, например, трубы змеевика солнечного коллектора, составные части обогревательных устройств или другие подобные средства. Таким образом омические контакты 4 вступают в непосредственный контакт с поверхностями средств для переноса теплоносителя или с контактными элементами, выполненными с возможностью отбора тепла из теплоносителя в теплообменном средстве. После этого теплоноситель, находящийся в указанных средствах для переноса, нагревают внешним источником тепла, например, с помощью топлива, газа или аккумулированными солнечными лучами.
Далее контакты выводов 5 подсоединяют, например, к преобразователю ток-напряжение, образуя электрическую цепь. Тепловая энергия с теплоносителя проходит через омические контакты 4, через наружные поверхности полупроводниковых блоков 2 и неравномерно нагревает варизонные полупроводники 3, что запускает процесс работы заявленного модуля термоэлектрической батареи. Вследствие движения носителей заряда между сторонами варизонных полупроводников 2 и через образованные между варизонными полупроводниками 3 гетеропереходы возникает диффузионный ток и дрейфовый ток. При этом между нагретой частью полупроводникового блока 2 и менее нагретой частью полупроводникового блока 2, возникает эффект Зеебека, который приводит к генерированию дополнительного количества электрической энергии и ЭДС, которая способствует переносу носителей заряда в варизонных полупроводниках 3. Часть теплового потока, которая проходит через подложку 1 от одного полупроводникового блока 2 к другому полупроводникового блока 2 также генерирует дополнительное количество электроэнергии.
Таким образом в образованной электрической цепи появляется электрический ток, который через выводы 5 направляется, например, к преобразователю или преобразователям ток-напряжение и может быть использован для питания бытовых электроприборов, технического оборудования, зарядки элементов питания переносных электронных устройств и другого.
Для прекращения работы заявленного модуля термоэлектрической батареи достаточно отсоединить провода выводов 5 от устройства, что замыкает электрическую цепь, или прекратить нагревание теплоносителя, или изъять заявленный модуль термоэлектрической батареи из термоэлектрической батареи, частью которой он является.
Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом, показал, что реализация совокупности существенных признаков, характеризующих предложенное изобретение, приводит к появлению качественно новых указанных выше технических свойств, совокупность которых была установлена ранее из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».
В существующих источниках патентной и научно-технической информации не обнаружен модуль термоэлектрической батареи, который имеет заявленную совокупность существенных признаков, поэтому представленное техническое решение соответствует критерию «новизна».
Предложенное техническое решение является промышленно применимым, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов и материалов, которые невозможно воспроизвести на современном этапе развития техники в условиях промышленного производства.

Claims

ФОРМУЛА
1. Модуль термоэлектрической батареи, включающий подложку и два соединённых с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом полупроводников, который отличается тем, что подложка выполнена из проводникового материала, полупроводники являются варизонными, при этом в каждом полупроводниковом блоке широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой.
2. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что узкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из германия, широкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из кремния, а подложка выполнена из молибдена.
3. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что полупроводниковые блоки выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки.
4. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что на внешних поверхностях полупроводниковых блоков закреплены омические контакты с контактными поверхностями, выполненные с возможностью отбора тепла с теплоносителя, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков и к подложке присоединено по выводу.
5. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что один полупроводниковый блок содержит по меньшей мере две отдельные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.
6. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что подложка выполнена разъёмной и содержит две пластины из проводникового материала, выполненных с возможностью разъединения.
PCT/UA2020/000073 2020-05-06 2020-07-17 Модуль термоэлектрической батареи WO2021225563A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202002733 2020-05-06
UAA202002733 2020-05-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021225563A1 true WO2021225563A1 (ru) 2021-11-11

Family

ID=78468170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2020/000073 WO2021225563A1 (ru) 2020-05-06 2020-07-17 Модуль термоэлектрической батареи

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021225563A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090084421A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices
US7807917B2 (en) * 2006-07-26 2010-10-05 Translucent, Inc. Thermoelectric and pyroelectric energy conversion devices
US9105809B2 (en) * 2007-07-23 2015-08-11 Gentherm Incorporated Segmented thermoelectric device
WO2019004988A1 (ru) * 2017-06-30 2019-01-03 Андрей Дмитриевич ХВОРОСТЯНЫЙ Термоэлектрический генератор

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7807917B2 (en) * 2006-07-26 2010-10-05 Translucent, Inc. Thermoelectric and pyroelectric energy conversion devices
US9105809B2 (en) * 2007-07-23 2015-08-11 Gentherm Incorporated Segmented thermoelectric device
US20090084421A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices
WO2019004988A1 (ru) * 2017-06-30 2019-01-03 Андрей Дмитриевич ХВОРОСТЯНЫЙ Термоэлектрический генератор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3862179B2 (ja) 熱電モジュールの製作と製作用半田合金
US8334450B2 (en) Seebeck solar cell
US8373057B2 (en) Thermoelectric element
JP4896336B2 (ja) エネルギー変換のための熱ダイオード
WO1998050964A1 (en) Nighttime solar cell
RU2008148931A (ru) Низкоразмерные термоэлектрики, изготовленные травлением полупроводниковых пластин
KR101956682B1 (ko) 태양전지 열전 융합소자
TW201138170A (en) Thermoelectric generating module
WO2021225563A1 (ru) Модуль термоэлектрической батареи
KR101001328B1 (ko) 태양에너지를 이용한 복합발전장치
WO2019004988A1 (ru) Термоэлектрический генератор
JP2018093152A (ja) 熱発電デバイス
CN114701351B (zh) 一种可发电的散热器水箱及汽车
EP3886188A1 (en) Semiconductor thermoelectric generator
CN216389396U (zh) 一种具有光伏发电和温差发电功能的装置
UA146730U (uk) Модуль термоелектричної батареї
US10516088B2 (en) Pin coupling based thermoelectric device
WO2015073694A1 (en) Thermoelectric generator with minimal thermal shunting
RU2010396C1 (ru) Термоэлектрический элемент, батарея термоэлектрических элементов и способ их изготовления
JPH04280482A (ja) 太陽光を利用した冷却素子
CN115669283A (zh) 热电装置
CN106992244B (zh) 热电转换装置以及热电转换器
EA041242B1 (ru) Полупроводниковый термоэлектрический генератор
KR102673621B1 (ko) 발전용 박막열전소자
KR102423607B1 (ko) 열전 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20934348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 29/03/2023)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20934348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1