[发明专利]一种点胶柔性热电器件及其制作方法

说明书

本发明提供一种点胶柔性热电器件的制备方法及其制得的柔性热电器件，属于热电材料新能源领域。本发明设计的柔性热电器件采用自研的绝缘层图形化PI铜薄膜作为基底，把图形化PI铜基底吸附在基板上，根据图形化的PI铜基底设计相应的点胶图案，把制备的P型和N型碲化铋浆料依次点胶在图形化PI铜上，使得P‑N半导体形成电学串联热学并联的独立结构；最后焊上引线，将PDMS浇筑在点胶固化完成的热电器件上，固化完成得到柔性热电器件。本发明制作的柔性器件，未改变半导体热电材料的成分，没有降低热电材料的性能，可以实现大角度的弯折，扩宽了热电器件的应用领域，为微型TEG设备以及其他微纳能源领域提供了解决方案。

技术领域

本发明涉及热电发电器件技术领域以及温差发电自供能技术领域，具体而言，涉及一种高性能柔性热电器件的制备方法以及制得的输出高、内阻小、且具有柔性的热电器件。

背景技术

目前，温差发电作为一种新型的绿色能源技术，正在国内外受到越来越多的关注和研究。温差发电技术根据塞贝克技术为原理，可以利用温差产生电能，具有设计简单、稳定性高、环境友好、适用广泛等方面的优点，目前正广泛的使用在船舶汽车余热利用、航空航天温差发电、太阳能温差发电、工业废热以及微型可穿戴设备等领域。

热电器件是温差发电实现应用的重要手段。热电器件具有体积小巧、结构相对简单、效率较高以及无污染等优势。随着可穿戴设备市场的兴起，温差发电也在逐渐视为可穿戴设备能源的理想解决方案。而可穿戴设备对柔性、折叠、高效的热电器件的需求也越来越大。目前，传统的热电器件主要采用刚性基板，不能折叠与弯曲，不能满足当前复杂形状热源或可穿戴市场的需要。所以，发展新型柔性热电器件已经成为了国内外众多研究人员的新领域。

当前国内外研发的柔性热电器件大多不能商用，主要有以下几种原因，其柔韧性不高、ZT值较低、制作工艺也远远不够成熟以及热电转换率等方面都无法满足可穿戴设备或复杂热源的需求。同时，很多研究人员也在尝试多种金属或半导体的掺杂方式来改善此种情况。但是采用多种掺杂材料又可能提高接触电阻和接触内阻，大幅降低电导率和ZT值，增加制作成本，难以大规模的生产与应用。

因此，当前亟需开发适用于多种环境以及可穿戴设备的新型柔性热电器件。

发明内容

为了解决上述描述热电器件研究的问题，满足多种环境热源以及新型可穿戴设备的需求，本发明提出了一种点胶柔性热电器件及其制作方法。本发明采用的技术手段如下：

一种点胶柔性热电器件的制备方法，该方法采用图形化电极PI铜作为基底，根据场景及使用需求设计图形与结构，使用点胶工艺进行操作，具体包括以下步骤：

步骤S1、根据应用场景及使用要求，设计所需图形化图层，采用电子沉积法将图形化绝缘层沉积在PI-Cu膜上，打印完成后，加热固化，接着使用刻蚀液刻蚀，完成后再使用清洗液擦拭，最后用去离子水洗净得到图形化的 PI铜；

步骤S2、分别称取适量的双酚环氧树脂、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲苯充分搅拌溶解，接着将不同溶液中分别加入适量P型碲化铋、N型碲化铋，充分搅拌混合均匀，放置冷却后形成P型碲化铋浆料以及N型碲化铋浆料；

步骤S3、将步骤S1得的图形化PI铜基底吸附到基板上，根据图形化PI 铜设计相应的PN结点胶图形；

步骤S4、将步骤S2所制的碲化铋浆料取出，利用针头或点胶设备在步骤S3所得基底上进行点胶操作，首先点胶P型碲化铋，接着点胶N型碲化铋，依次交替，点胶完成后，进行固化、烧结；

步骤S5、使用烙铁将引线焊在热电器件的两端，最后将封装材料浇筑在器件上，自然消泡后，加热固化，即制得柔性热电器件。

进一步地，所述步骤1中的加热固化使用365nm紫外线固化灯进行。

进一步地，根据工作环境和使用场景的不同，所述步骤1中，将去离子水替换为乙醇，采用乙醇洗净得到图形化PI铜。