[发明专利]一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法

说明书

本发明公开了一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法，包括敷铜陶瓷板、N/P半导体元件、热面3D打印电极、热面陶瓷板和电源线，N/P半导体元件设于敷铜陶瓷板上，热面3D打印电极设于N/P半导体元件上，热面陶瓷板设于热面3D打印电极上，本发明结构合理，同时采用本发明制作出来的半导体温差发电器件的冷面温度可升至300℃，热面高温端温度可达到500℃以上，大大提高了温差，从而提高发电效率，应用环境更广泛。

技术领域

本发明涉及半导体发电装置领域，具体是一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法。

背景技术

半导体温差发电是一种将温差能(热能)转化成电能的固体状态能量转化方式。发电装置无化学反应和机械运动，无噪声、无污染、无磨损、寿命长。它的核心部件是半导体温差发电器件。但是，目前半导体温差发电器件的耐热温度最高350℃，发电材料一般用碲化铋材料，热电转化效率低，最高不到5％，单组模块发电功率比较小(目前市场上的发电模块实际发电功率小于5w)，这是半导体温差发电实用化的最大障碍。为了提高发电器件的使用温度从而提高发电功率，我们采用型的制作工艺，选用不同的半导体发电材料(碲化铋、碲化铅、方钴矿、铜化硒等)制作出400-500度耐高温发电器件，大大提高温差从而得到更大的发电功率，应用的环境更广泛。

目前生产中低温半导体发电器件的材料大都为碲化铋基材，最高温度350℃，生产加工工艺一般是冷面采用金属化陶瓷板，挂上最高温度230℃合金焊锡，焊上铜导流条，在导流条上均匀点锡，再将加工后碲化铋NP元件焊接在导流条上，形成冷面焊接电路。热面加工有两种方法：1、一般采用300℃铅锡合金作为焊料焊接导流条与半导体N/P晶粒，然后在焊接已经做好的冷面及碲化铋NP元件，2、热面电极采用电弧喷涂的方法在NP元件表面喷涂镍层和铝合金层作为过渡层，再喷涂锌层作为电极连接条，形成电路，热面直接附上陶瓷基板。这样做成的半导体温差发电器件冷面最高耐温200℃，热面最高耐温在350℃左右。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

8)一种耐高温半导体温差发电器件，包括敷铜陶瓷板、N/P半导体元件、热面3D打印电极、热面陶瓷板和电源线，N/P半导体元件设于敷铜陶瓷板上，热面3D打印电极设于N/P半导体元件上，热面陶瓷板设于热面3D打印电极上，且热面陶瓷板连接电源线，所述敷铜陶瓷板上设有导流条。为了使发电片更好地和冷、热源接触，使用前在发电器件表面要贴敷一层石墨烯导热胶片，大大提高了热传导效果。

一种耐高温半导体温差发电器件的制作方法，其具体包括以下步骤：

1)将敷铜陶瓷板上的导流条表面清洗干净，直至无氧化层；

2)将温度为300℃的焊锡膏采用配套的不锈钢印胶板均匀的印在覆铜陶瓷板的导流条内，且敷设厚度为0.1-0.2mm；

3)将半导体热电材料分N/P型切割成规格为1.0x1.0x1.2mm-1.6x1.6x2.0mm的长方形元件，并将切割好后的长方形N/P半导体元件摆入模具内；

4)将器件焊机升温至380℃，将步骤1中印好焊锡膏的覆铜板与步骤2中摆好N/P半导体元件的模具对应扣好，并放到器件焊机里，升温，待温度恒定在350℃以上时，观察焊锡膏是否熔化，直至焊锡膏完全熔化，取出焊机冷却，焊锡膏冷却凝固以后，冷面制作完成；

5)采用金属3D打印机，在冷面焊接好的N/P半导体元件的表面先打印镍层，厚度为0.1-0.2mm，然后再镍层上面开始打印铝电极，铝电极厚度大约1-2mm，使N/P元件按要求连接起来形成电路；

6)将步骤5中打印好铝电极的N/P半导体元件，上磨床将铝电极磨平，并在铝电极表面粘接一层石墨烯导热胶片，使电极能够更好地与热面陶瓷板接触，增加热传导效果；