專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高效集成半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊，尤其是節(jié)省半導(dǎo)體材料、提高發(fā)電效 率、集成化的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊主要用于油田、野外、軍事、太陽(yáng)能、地?zé)帷⒐I(yè) 廢能等領(lǐng)域，它的工作原理是在兩塊不同性質(zhì)的半導(dǎo)體兩端設(shè)置一個(gè)溫差，于是在半導(dǎo) 體上就產(chǎn)生了直流電壓。溫差半導(dǎo)體發(fā)電有著無(wú)噪音、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)?？稍?零下40攝氏度的寒冷環(huán)境中迅速啟動(dòng)，因此在實(shí)際中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。溫差發(fā)電 是一種新型的發(fā)電方式，利用塞貝爾效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，一般是用P型半導(dǎo)體 和N型半導(dǎo)體材料制成，實(shí)際應(yīng)用中，從熱電材料切割下來(lái)的大量P型、N型顆粒，采用 電氣上串聯(lián)，熱學(xué)上并聯(lián)形成一個(gè)模塊。這種裝置很早就用于航空航天領(lǐng)域中的發(fā)電， 以及儀表、通訊和其他大量專(zhuān)業(yè)應(yīng)用中的冷卻和溫度控制。以半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊制造 的半導(dǎo)體發(fā)電機(jī)，只要有溫差存在即能發(fā)電。工作時(shí)無(wú)噪音、無(wú)污染，使用壽命超過(guò)十 年，免維護(hù)，因而是一種應(yīng)用廣泛的便攜電源。其優(yōu)點(diǎn)是體積小，重量輕，便于攜帶， 其缺點(diǎn)是普遍效率低、易損壞且體積大。傳統(tǒng)熱電模塊的大尺寸和離散特性嚴(yán)重制約了 它們的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊效率低、材料用量大的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了 一種發(fā)電效率高、節(jié)省半導(dǎo)體材料、可以集成的溫差發(fā)電模塊。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明采用普通半導(dǎo)體制作工藝，在薄型絕緣基帶(襯底)上形成金屬薄膜線(xiàn) 路，再將半導(dǎo)體材料成長(zhǎng)在金屬薄膜上形成線(xiàn)路上生成等效的PN結(jié)，由此形成溫差發(fā)電 薄片，基帶通過(guò)層疊或纏繞在一起形成模塊，當(dāng)溫差一定時(shí)，模塊的功率、電壓由層疊 或纏繞基帶所含P、N半導(dǎo)體數(shù)量決定。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)參考原理示意圖。圖中1.熱端金屬連接片，2.冷端金屬連接片，3.P型半導(dǎo)體，4.N型半導(dǎo)體， 5.電壓表，6.負(fù)極引線(xiàn)，8.正極引線(xiàn)。在圖1中，P型半導(dǎo)體3 (圓柱或方柱型)與N型半導(dǎo)體4 (圓柱或方柱型)兩端 分別連接熱端金屬連接片1、冷端金屬連接片2，通過(guò)金屬片的連接形成等效的PN結(jié)(一 般PN是半導(dǎo)體直接接觸產(chǎn)生)，當(dāng)在熱端金屬連接片1上加高溫?zé)嵩矗诶涠私饘龠B接 片2上加低溫?zé)嵩磿r(shí)，在半導(dǎo)體兩端的等效的PN結(jié)處于不同的溫度環(huán)境中，PN結(jié)的溫度越高，電勢(shì)越大，溫度越低，電勢(shì)越小，由于PN結(jié)溫度不同，其電勢(shì)大小不同，因而 具有溫差的PN結(jié)會(huì)出現(xiàn)溫差電勢(shì)，由多個(gè)PN結(jié)組成電學(xué)上的串聯(lián)，熱學(xué)上的并聯(lián)形成 模塊，在負(fù)極引線(xiàn)7，正極引線(xiàn)8兩端接上電壓表5，從電壓表的讀數(shù)就知道有溫差電勢(shì)產(chǎn)生。圖2是本發(fā)明原 理示意圖。圖中1.熱端金屬連接片，2.冷端金屬連接片，3.P型半導(dǎo)體，4.N型半導(dǎo)體， 5.電壓表，6.負(fù)極引線(xiàn)，7.正極引線(xiàn)，8.金屬連接線(xiàn)。在圖2中，P型半導(dǎo)體3與N型半導(dǎo)體4兩端分別連接熱端金屬連接片1、冷端 金屬連接片2，P型半導(dǎo)體中間用金屬線(xiàn)8連接、N半導(dǎo)體的中間也通過(guò)金屬線(xiàn)8連接，通 過(guò)這樣的連接，使原來(lái)模塊的柱型半導(dǎo)體可以變?yōu)楸∑?，大大?jié)省了半導(dǎo)體材料用量， 在熱端金屬連接片1加入高溫?zé)嵩矗诶涠私饘龠B接片2上加低溫?zé)嵩磿r(shí)，熱量必須通過(guò) 金屬線(xiàn)8，由于金屬線(xiàn)細(xì)小，熱傳遞慢，但導(dǎo)電能力強(qiáng)，對(duì)電流影響不大，所以提高了發(fā) 電效率。圖3是本發(fā)明實(shí)施示意圖。圖中1.熱端金屬連接片，2.冷端金屬連接片，3.P型半導(dǎo)體，4.N型半導(dǎo)體， 5.電壓表，6.負(fù)極引線(xiàn)，7.正極引線(xiàn)，8.金屬連接線(xiàn)，9.同型半導(dǎo)體連接片，10.絕緣基
市ο在圖3中，P型半導(dǎo)體3與N型半導(dǎo)體4兩端分別連接熱端金屬連接片1、冷端 金屬連接片2，同型半導(dǎo)體連接片9，金屬連接線(xiàn)8連接在同型半導(dǎo)體連接片9之間，通 過(guò)這樣的連接，使原來(lái)模塊的柱型半導(dǎo)體可以變?yōu)楸∑蟠蠊?jié)省了半導(dǎo)體材料用量， 可以使用普通集成電路制造技術(shù)大規(guī)模集成、大批量大生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式在圖3的實(shí)施例中，我們以實(shí)施一個(gè)高效率集成半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊為例對(duì)本 發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明材料選擇及制造工藝絕緣基帶選擇絕緣的塑料類(lèi)材料或其他材料，要求絕緣效果好，光滑平整， 柔軟可卷曲，寬度由熱端與冷端PN結(jié)的距離確定，基帶寬度基本決定了模塊的厚度，基 帶長(zhǎng)度根據(jù)需要串聯(lián)的PN結(jié)個(gè)數(shù)確定，理論上可以無(wú)限長(zhǎng)，也就是不受限制，實(shí)際應(yīng)用 中可以先確定模塊熱端與冷端的溫差，再根據(jù)需要得到的電壓大小來(lái)確定PN結(jié)的個(gè)數(shù)， 基帶越長(zhǎng)，能夠串聯(lián)的PN結(jié)就越多，在溫度差一定的情況下，發(fā)出的電壓就越高，熱電 功率就越大。金屬線(xiàn)路在制造過(guò)程中，先在基帶上制造出金屬線(xiàn)路，也就是連接半導(dǎo)體的 金屬薄片或細(xì)線(xiàn)，薄片、細(xì)線(xiàn)與基帶緊密結(jié)合，金屬線(xiàn)路如何能在絕緣的基帶上高速、 大量形成，這在現(xiàn)代的半導(dǎo)體制造技術(shù)中已經(jīng)有非常成熟的技術(shù)，在此不再累述。常用 金屬以銅為主，因?yàn)殂~由良好的導(dǎo)電性，價(jià)格適中。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體基帶上的金屬電路形成后，再在金屬電路上形成半 導(dǎo)體，當(dāng)然半導(dǎo)體也不厚，半導(dǎo)體如何能在金屬電路上形成，并與金屬電路緊密結(jié)合， 這也是非常成熟的技術(shù)，在此不再累述。
模塊的形成將 制造有PN結(jié)及線(xiàn)路加入絕緣層，帶有PN結(jié)及線(xiàn)路的基帶就可 以折疊形成方形模塊，如果將基帶卷曲纏繞，就可以形成圓柱型模塊，這是最好的一種 方法，它利用了基帶背面作為線(xiàn)路與PN結(jié)之間的絕緣。
權(quán)利要求
1. 一種高效集成半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊及制造方法，其特征是由柔性絕緣基帶、金 屬線(xiàn)路、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體組成，先在絕緣基帶上制造出線(xiàn)路，再在線(xiàn)路上生成 P、N型半導(dǎo)體，半導(dǎo)體通過(guò)金屬電路連接形成等效的PN結(jié)，P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體 之間、P型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體之間、N型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體之間皆通過(guò)基帶上的金 屬線(xiàn)路連接成串聯(lián)電路，基帶通過(guò)折疊或卷曲纏繞形成模塊。
全文摘要
一種高效集成半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊及制造方法，由柔性絕緣基帶、金屬線(xiàn)路、P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體組成，在絕緣基帶上制造有線(xiàn)路，在線(xiàn)路上生成等效的PN結(jié)，P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體之間、P型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體之間、N型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體之間皆通過(guò)基帶上的金屬線(xiàn)路連接成串聯(lián)電路，基帶通過(guò)折疊或卷曲纏繞以形成模塊，實(shí)現(xiàn)了一種節(jié)省半導(dǎo)體材料、熱電轉(zhuǎn)換效率有所提高、可以大規(guī)模集成的半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊。
文檔編號(hào)H02N11/00GK102025295SQ20091025095
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者任永斌 申請(qǐng)人:任永斌