柔性微型熱電發生器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種熱電發生器，尤其是一種柔性微型熱電發生器，屬于熱電發生器的技術領域。按照本實用新型專利技術提供的技術方案，所述柔性微型熱電發生器，包括柔性襯底，所述柔性襯底上設置若干交替分布的N型熱電材料層及P型熱電材料層，所述N型熱電材料層通過導電連接層與P型熱電材料層串聯后電連接，以在柔性襯底上形成若干串接的熱電對。本實用新型專利技術通過柔性襯底，提高熱電發生器的集成度，N型熱電材料層、P型熱電材料層及導電連接層均采用絲網印刷工藝制備得到，工藝步驟簡單，與現有工藝技術相兼容，降低制造成本，結構簡單緊湊，提高發電效率，安全可靠。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及ー種熱電發生器，尤其是一種柔性微型熱電發生器，屬于熱電發生器的

技術介紹
由于便攜式電子產品日益增長的微型化趨勢，推動了小型化電源的研究和發展。熱電發生器作為ー種自給自足的能源，它根據Seebeck效應能將熱能直接轉換為電能,在適合的溫度下能保持實際上的無限的有效壽命，這使其作為ー種能源領域的高新技術成為國際研究的熱點之一。熱電發生器一般由三部分組成熱源、熱沉和熱電堆。熱電堆是由一系列串聯的能 夠將熱能轉換成電能的熱電對組成(圖示I. b)。熱電對由不同類型的N/P型熱電材料組成，當其兩端，即熱源端和熱沉端，出現溫度梯度時，其兩端可產生電勢差，如圖示I. a中所示。熱電器件的主要工作原理是基于Seebeck效應。Seebeck效應是德國物理學家Seebeck發現的ー種熱電現象。當在金屬導體或者半導體結構上加上溫度差Λ T時，會伴隨產生電壓AU。并且開路電壓線性地正比于溫差 Δ 7GTt =—其中，as稱作Seebeck系數，也可稱為熱電功率。如果熱電偶的兩種構成材料的Seebeck系數分別為a b，則熱電偶的Seebeck系數定義為a ab = a a+ab當n對熱電偶串聯時，總的開路輸出電壓可表示為AUn:Δ Un=n · ( a ab · Δ T)根據Seebeck效應而制作的熱電發生器,其效率可由熱電品質因數Z來表征「 ^ a■ σZ =——— K其中，σ是電導率，K是熱導率，品質因數Z表示可用在熱電發生器中的熱電材料的熱和電屬性。L/A也是影響熱電器件產生電壓大小的關鍵參數，L和A分別是單個熱電導電體的長度和橫截面積，高的L/A比值對應著高的熱電產生電壓。傳統的塊狀熱電材料制備的熱電器件，L/A 一般不超過20CHT1，但薄膜熱電材料制備的熱電單元可以達到lOOOcnT1甚至10000cm 1O對于熱電器件來說，高品質因數Z的熱電材料是最佳選擇，但在一定的熱電器件中，人們更關心，在一定電壓下器件的輸出功率以及該器件的集成程度。對于很多高品質因數的熱電材料來說，難于制備成薄膜，這也限制了它們在微型器件制備中的應用。就薄膜熱電材料的制備而言，國內外也有很多研究和報導。有報導稱制備的Bi-Te/Sb-Te超晶格熱電器件的品質因數超過了 2. O，但這種材料需要以GaAs單晶做基底進行生長，而且很難將幾百或者幾千對這樣的單元進行集成并封裝。而現今比較有效的方式是采用濺射/蒸鍍沉積的方法，此方法可以適用于多種襯底，如陶瓷，硅片，柔性薄膜等。但此方法技術和成本都要求較高。
技術實現思路
本技術的目的是 克服現有技術中存在的不足，提供一種柔性微型熱電發生器，其エ藝簡單方便，制造成本低，集成度高，發電效率高，安全可靠。按照本技術提供的技術方案，所述柔性微型熱電發生器，包括柔性襯底，所述柔性襯底上設置若干交替分布的N型熱電材料層及P型熱電材料層，所述N型熱電材料層通過導電連接層與P型熱電材料層串聯后電連接，以在柔性襯底上形成若干串接的熱電對。所述導電連接層包括導電連接體、N型熱電材料連接層或P型熱電材料連接層。所述柔性襯底上設有下絕緣絕熱層，所述串接的熱電對位于下絕緣絕熱層上，熱電對上覆蓋有上絕緣絕熱層。所述N型熱電材料層、P型熱電材料層及導電連接層均通過絲網印版印制于柔性襯底上。本技術的優點通過柔性襯底，提高熱電發生器的集成度，N型熱電材料層、P型熱電材料層及導電連接層均采用絲網印刷工藝制備得到，エ藝步驟簡單，與現有エ藝技術相兼容，降低制造成本，結構簡單緊湊，提高發電效率，安全可靠。附圖說明圖I為熱電發生器的原理示意圖。圖2為熱電對中的連接示意圖。圖3為本技術的結構示意圖。圖4為圖3的C-C向剖視圖。圖5為單個熱電對的示意圖。圖6為本技術導電連接層采用N型熱電材料連接層的示意圖。圖7為本技術導電連接成采用P型熱電材料連接層的示意圖。圖8為本技術設置上絕緣絕緣材料層的結構示意圖。附圖標記說明100-第一熱電發生器、101-第二熱電發生器、102-第三熱電發生器、110-柔性襯底、120-下絕緣絕熱層、130-導電連接層、131 -N型熱電材料層、132-P型熱電材料層、133-N型熱電材料連接層、134-P型熱電材料連接層及140-上絕緣絕熱層。具體實施方式下面結合具體附圖和實施例對本技術作進ー步說明。如圖3、圖4和圖5所示本技術包括柔性襯底110，所述柔性襯底110上設置若干交替分布的N型熱電材料層131及P型熱電材料層132，所述N型熱電材料層131通過導電連接層130與P型熱電材料層132串聯后電連接，以在柔性襯底110上形成若干串接的熱電對；通過多個熱電對串接后能夠得到較多的電能，N型熱電材料層131與相鄰的P型熱電材料層132通過導電連接層130電連接后能夠形成ー個熱電對。一般地，N型熱電材料層131與P型熱電材料層132在柔性襯底110上平行分布。如圖5所示圖中的L是指熱電對中N型熱電材料層131、P型熱電材料層132的長度，A為N型熱電材料層131、P型熱電材料層132的截面，根據
技術介紹
的描述可知，L/A是影響熱電發生器產生電壓大小的關鍵參數，本技術實施例中可以根據需要設置L/A的比值，一般地可使L/A達到1000甚至更高。N型熱電材料層131、P型熱電材料層132中采用的熱電材料包括具有熱電特性的單質或單質的化合物。為了增強熱電材料與柔性襯底110間的粘附性，本技術實施例中在柔性襯底110上印制下絕緣絕熱層120,熱電對印制于下絕緣絕熱層120上。同時,為 了保護熱電材料，降低外界干擾，本技術實施例中還包括上絕緣絕熱層140，所述上絕緣絕熱層140覆蓋于熱電對上，如圖8所示。在柔性襯底110上的下絕緣絕熱層120、上絕緣絕熱層140可以根據需要進行設置。所述導電連接層130可以采用導電連接體、N型熱電材料連接層133或P型熱電材料連接層134。所述導電連接層130為導電連接體時，所述導電連接體的材料包括Ag、鎳、銅或金；導電連接層130采用導電連接體時，形成本技術實施例中的第一熱電發生器100，如圖3所示。所述導電連接層130為N型熱電材料連接層133時，所述N型熱電材料連接層133與N型熱電材料層131為同一制造層，導電連接層130采用N型熱電材料連接層133時，形成本技術實施例中的第二熱電發生器101，如圖6所示。所述導電連接層130為P型熱電材料連接層134時，所述P型熱電材料連接層134與P型熱電材料層132為同一制造層，導電連接層130采用P型熱電材料連接層134時，形成本技術實施例中的第三熱電發生器102，如圖7所示。上述結構的熱電發生器可以通過下述エ藝步驟制備得到，具體包括a、提供所需柔性襯底110 ;所述柔性襯底110的材料包括PI (Polyimide Film)薄膜，PI薄膜柔性度高，耐溫性好，耐溫溫度可達到-270° (T500° C ;同時，也可以采用本
人員所熟知的其他柔性襯底材料,此處不再--列舉詳述；b、在上述柔性襯底110通過絲網印刷印制若干N型熱電材料層131、P型熱電材料層132及導電連接層130，所述N型熱電材料層131通過導電連接層130與P型熱本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性微型熱電發生器，其特征是：包括柔性襯底（110），所述柔性襯底（110）上設置若干交替分布的N型熱電材料層（131）及P型熱電材料層（132），所述N型熱電材料層（131）通過導電連接層（130）與P型熱電材料層（132）串聯后電連接，以在柔性襯底（110）上形成若干串接的熱電對。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳慶，曹二林，陳嵐，
申請(專利權)人：江蘇物聯網研究發展中心，
類型：實用新型
國別省市：