[发明专利]一种P型Cu2Se基热电元件及其一体化制备工艺

说明书

本发明涉及一种P型Cu₂Se基热电元件及其制备方法，在热端的电极和热电材料之间设置Ni层和Al‑Mo伪合金层相邻共同构成的双过渡层；而在冷端的电极和热电材料之间采用单过渡层Ni。该P型Cu₂Se基热电元件的结构从热端到冷端依次为：第一焊接过渡层Ni、过渡层伪合金、Cu₂Se层和第二焊接过渡层Ni。本发明通过在热端设置双过渡层，在解决可焊性的基础上阻止高温下Cu₂Se与焊接过渡层Ni直接接触而发生反应使器件性能劣化。并且,本发明采用一步烧结法在炉内完成过渡层伪合金的合成，以及Cu₂Se材料致密化，同时实现整个热电元件的连接，该工艺大大提高了制备效率，节约了资源，同时增强了界面结合性能。

技术领域

本发明涉及一种p型Cu₂Se基热电元件及其制备方法，属于热电半导体器件领域。

背景技术

热电元件通常由金属电极将n型热电材料和p型热电材料连接而成，将许多个热电元件以热并联、电串联的方式连接起来，构成实际使用的热电器件。根据热电器件的应用，主要分为热电发电器件和热电制冷器件。根据Seebeck效应，p、n两种半导体两个热冷接头处存在温度差，则在p、n半导体两个接头处均存在电势差，这将在负载电阻两端建立电压，从而实现热电发电。

将热电元件两端用电极或导流片连接起来再与基板焊接起来就形成了热电发电器件。热电元件的内部连接是否良好直接决定了器件的输出功率。目前，常见的Bi₂Te₃温差发电器件制备工艺大多是：制备热电材料，将其烧结为致密化块体，切割成颗粒，喷涂焊接过渡层，将元件焊接到电极上，这种方法工艺复杂，耗能大，且由于传统的焊接过渡层Ni会与 Cu₂Se发生反应，在Cu₂Se材料上并不能很好的应用。

发明内容

本发明要解决的问题是针对上述传统技术存在的不足而提供一种p型Cu₂Se基热电元件及其制备方法。本发明在热端设置了Ni层和Al-Mo伪合金层相邻共同构成的双过渡层，冷端设置单过渡层Ni，并且采用一步烧结法使Cu₂Se材料、过渡层伪合金、焊接过渡层Ni实现致密化，同时实现热电材料与过渡层伪合金，过渡层伪合金与焊接过渡层Ni，焊接过渡层Ni与热电材料之间的连接，可短时间制备热电性能优良，连接良好的p型Cu₂Se基热电元件。

本发明为解决上述问题提供的技术方案为：

一种p型Cu₂Se基热电元件，它的结构由热端到冷端依次包括第一焊接过渡层Ni、过渡层伪合金、热电材料层Cu₂Se、第二焊接过渡层Ni。

按上述方案，该p型Cu₂Se基热电元件总厚度在7±3mm范围内。其中，第一焊接过渡层Ni、过渡层伪合金、热电材料层Cu₂Se、第二焊接过渡层Ni之间的厚度比优选为1:(1 ±0.5):(70±30):1。进一步地，第一焊接过渡层Ni、第二焊接过渡层Ni的厚度一般均在0.05-0.3mm之间，过渡层伪合金的厚度一般在0.05-0.4mm之间，热电材料层Cu₂Se的厚度一般不低于3mm。

按上述方案，热电材料层Cu₂Se、第二焊接过渡层Ni之间还可以包括第二过渡层伪合金。

按上述方案，所述伪合金为Al-Mo伪合金、Al-W伪合金或Al-Mo-W伪合金等中的一种。其中，伪合金中Al的质量百分比为30％-70％，余量全为Mo或W中的一种或两种。

本发明所述p型Cu₂Se基热电元件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，根据过渡层伪合金中Al的质量百分比为30％-70％，称取适量Al粉，以及适量的Mo粉和/或W粉，混合均匀，得到伪合金的原料粉末；