[发明专利]一种平面辐射结构微温差发电器件

说明书

本发明属于温差电技术领域，特别是涉及一种平面辐射结构微温差发电器件。该发电器件整体结构为辐射状，器件中心是一正方形的热源区域，热源区域四周均布有若干对温差电单体；每对温差电单体包括热端导电层、冷端导电层和P/N型温差电元件；所述热端导电层设在热源区域边界处；冷端导电层与热端导电层相对的设在整个发电器件的边缘处；热端导电层在热端连接P型温差电元件和N型温差电元件的一端；冷端导电层在冷端连接P型温差电元件和N型温差电元件的另一端；每对相邻的温差电单体为串联。本发明可显著提升器件的工作温差；通过在与热源接触的位置点上下表面分别设计高导热和低导热层，有效控制热流方向，最大限度的实现热量有效转换。

技术领域

本发明属于温差电技术领域，特别是涉及一种平面辐射结构微温差发电器件。

背景技术

随着智能电子产品的快速发展，以可穿戴式、植入式为代表的新一代智能微纳电子系统迫切需要开发微瓦—毫瓦级自供电技术。温差发电技术可利用人体体温与周围环境的温差发电，其微型化换能器件有望成为便携式智能电子器件自供电技术的有效解决方案，其自身不间断持续输出的特性也可能实现电子器件的无线续航。因此，微温差发电技术在智能微纳电子设备中的应用价值引起了科学界的高度关注。

国际上关于薄膜温差电池研究较多的为美国和德国，国内也有相关大学和科研机构开展相关研究工作。目前国内报道的微温差技术多集中于薄膜材料的制备，微温差发电器件较少。国内外报道的微器件多为叠层结构，热流自上而下传导，较薄换能微区导致器件无法建立较大的工作温差(仅为几K)，输出性能较低；衬底多为刚性，与异形热源表面贴合度较低。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，从器件大温差设计理念出发，提供了一种平面辐射结构微温差发电器件。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平面辐射结构微温差发电器件，该发电器件整体结构为辐射状，器件中心是一正方形的热源区域，热源区域四周均布有若干对温差电单体；每对温差电单体包括热端导电层、冷端导电层和P/N型温差电元件；所述热端导电层设在热源区域边界处；冷端导电层与热端导电层相对的设在整个发电器件的边缘处；热端导电层在热端连接P型温差电元件和N型温差电元件的一端；冷端导电层在冷端连接P型温差电元件和N型温差电元件的另一端；每对相邻的温差电单体为串联。

进一步，使用时，所述热源区域背面与热源接触，热源区域的面积由热源大小确定，以确保热量最大限度的高效利用。

进一步，通过物理沉积法在热源区域正面制作高热阻陶瓷层，背面制作超导热石墨烯薄膜，以使热流在平面内辐射传递，避免垂直方向(面间)的热流损失。

进一步，发电器件选择刚性或柔性衬底进行制作，刚性衬底选择具有氧化层的高绝缘硅，柔性衬底为厚度50微米以下的聚酰亚胺，在保证衬底绝缘的前提下，可以适用于不同的热源表面。

进一步，所述热端导电层、P/N型温差电元件及冷端导电层的材料厚度均控制在5μm～30μm，薄膜的厚度可根据实际应用的温差需求进行选择和限定。

进一步，冷、热端导电层材料选择Mo、Ti、Au、Al中的任意一种，上述金属均具有良好的化学稳定性和导电性。

进一步，所述温差电单体为P/N型重掺杂BiTe系材料，该系材料性能优良，可以满足器件工作温度需要。

进一步，所述热源区域大小为0.3mm×0.3mm，热端导电层及冷端导电层厚度均为20μm，P/N型温差电元件截面尺寸为20μm×30μm，长度为0.5mm。

进一步，发电器件四周共包含24对温差电单体。