[发明专利]一种双层/多层热电器件及其制备方法

说明书

一种双层/多层热电器件，属于热电转换技术领域。双层/多层热电器件至少包含对应两个不同温度段的热电分模块以及位于两者之前的绝缘材料层，至少一个热电分模块中包含一种低温电导率较低而高温电导率较，即高温ZT值比低温ZT值高10倍以上的热电材料；所述室温电导率较低而高温电导率较高的热电材料对应高温段热电分模块；每个热电分模块包含若干对n型和/或p型热电臂，每个热电臂的内部结构为五层，自上向下为:高熔点金属层，金属化层，热电材料，金属化层，高熔点金属层。所得双层/多层热电材料器件在即使温差只有300k以下时，仍然能保持最大转化效率η_max不小于3％。本发明对烧结工艺的要求不高，对设备的要求更低，生产成本低廉，更加适合工业大规模生产的要求。

技术领域

本发明属于热电转换技术领域，具体涉及一种双层/多层热电器件及其制备方法。

背景技术

作为一种环境友好的再生能源技术，热电转化技术近年来在国内外受到了广泛的关注。热电发电技术是利用半导体材料的seebeck效应，直接将温差转化为电的技术。该技术具有可靠性高、无污染、无运动部件、无噪声等优点，在工业废热、汽车尾气废热的回收利用以及极端环境下特种电源等高新技术领域具有独特优势。

热电器件的转化效率η可以表达为如下形式:

其中，P为输出功率，Q_c为冷端热流，R_l和R_i分别为电路外阻和内阻，I为电路电流。当且仅当R_l＝R_i时，获得最大的功率。当R_l≈R_i时，获得最大转化效率η_max。由上式可知，影响热电模块的转化效率的因素有:热电材料本身的性质(电导率，Seebeck系数，热导率)，热电模块的内阻(热电材料的总电阻，热电臂内部接触电阻，焊接处的接触电阻，导电连接片的电阻)，热电模块的热阻(热电材料的总热阻，热电模块结合处的热阻)。

单个热电元件的输出电压通常很低，提升其输出电压的途径之一是将n型和p型单个热电元件通过金属电极串联，构建导电串联以及导热并联结构。同时，热电材料通常仅在某一特定温度区域内有较高的ZT值，为了尽可能获得更宽温度范围内更高的热电转化效率，通常会联用两种或两种以上的热电材料来制备热电模块，多种热电材料串联后组成多级联用热电模块。不含中间绝缘层的多段热电模块和包含中间绝缘层的多层热电模块是目前常用的两种多级联用热电模块。前者由于其结构简单，转化效率较高，逐渐成为主要的多级联用热电模块。但是，如果构建多段热电模块的热电材料中含有低温电导率较低的一类材料，且多段热电模块所处的温差环境不稳定时，势必导致多段热电模块的η_max随环境温差的变化而变化。环境温差变大时η_max变大，反之亦然。例如对于AgPb_20.5SbTe₂₀来说ZT≈1.3@773K，环境温差为250K及以下时，其η_max只能达到1％左右。如何克服环境温差变小时η_max快速衰减的不足，充分挖掘热电材料的热电转化效率研究受到关注。

发明内容

针对现有技术中环境温差变小时η_max快速衰减的技术难题，本发明提供一种新型的双层/多层热电器件，其含有低温电导率较低的一类热电材料。通过组成结构更为简单的多层器件，克服其在环境温差很小时η_max过低的缺陷。

本发明通过以下技术方案实现：

一种双层/多层热电器件，其至少包含对应两个不同温度段的热电分模块以及位于两者之前的绝缘材料层，至少一个热电分模块中包含一种低温电导率较低而高温电导率较高即高温ZT值比低温ZT值高10倍以上的热电材料。

进一步地，上述室温电导率较低而高温电导率较高的热电材料对应高温段热电分模块。