热电臂及包括该热电臂的热电元件制造技术

根据本发明专利技术的一个实施例，热电臂包括：包含Bi和Te的热电材料层；分别设置在热电材料层的一个表面和与该一个表面不同的表面上的第一金属层和第二金属层；设置在热电材料层和第一金属层之间并且包含Te的第一结合层、以及设置在热电材料层和第二金属层之间并且包含Te的第二结合层；以及设置在第一金属层和第一结合层之间的第一镀层、以及设置在第二金属层和第二结合层之间的第二镀层；其中，热电材料层设置在第一金属层和第二金属层之间，从热电材料层的中心线到热电材料层和第一结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量，并且，从热电材料层的中心线到热电材料层和第二结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。

Thermoelectric arm and thermoelectric elements including the thermoelectric arm

According to an embodiment of the present invention, the thermoelectric arm includes: a thermoelectric material layer comprising Bi and Te; a first and a second metal layer on a surface of the thermoelectric material layer and a surface different from that of the thermoelectric material layer, respectively; a first bonding layer comprising Te between the thermoelectric material layer and the first metal layer, and between the thermoelectric material layer and the second metal layer. It also includes the second bonding layer of Te, the first coating between the first metal layer and the first bonding layer, and the second coating between the second metal layer and the second bonding layer, where the thermoelectric material layer is located between the first metal layer and the second metal layer, from the center line of the thermoelectric material layer to the interface between the thermoelectric material layer and the first bonding layer, and the content of Te. The content of Te is higher than that of Bi, and from the center line of thermoelectric material layer to the interface between thermoelectric material layer and second bonding layer, the content of Te is higher than that of Bi.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电臂及包括该热电臂的热电元件
本专利技术涉及热电元件，更具体地，涉及热电元件中包括的热电臂。
技术介绍
热电效应是由于材料中的电子和空穴的运动而产生的现象，意味着热和电之间的直接能量转换。热电元件是使用热电效应的元件的总称，并且具有P型热电臂和N型热电臂在金属电极之间结合以形成PN结对的结构。热电元件可分为使用根据温度的变化而电阻变化的元件、使用由于温差而产生电动势的塞贝克效应的元件和使用由于电流而产生加热或吸热的珀尔帖效应的元件。热电元件已广泛应用于家电、电子元件、通信元件等。例如，热电元件可应用于冷却设备、加热设备、发电设备等。因此，对热电元件的热电性能的需求正在逐渐增加。另一方面，为了将热电臂稳固地结合到电极上，可以在热电臂和电极之间形成金属层。这里，为了防止由于热电臂中的半导体材料与金属层之间的反应而导致热电性能降低的现象，并且为了防止金属层的氧化，可以在热电臂与金属层之间形成镀层。然而，在同时烧结电镀层和热电臂的过程中，热电臂中的半导体材料的一部分可扩散到电镀层中，因此，半导体材料可不均匀地分布在电镀层和热电臂之间的边界周围。例如，在热电臂包括Bi(铋)和Te(碲)的情况下，当Te扩散到电镀层中时，可以形成Bi含量相对较大的富Bi层。在富Bi层中，Bi和Te之间的适当的化学计量比(stoichiometryratio)被破坏，使得电阻增加，因此热电元件的性可能降低。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种具有高热电性能的热电元件及热电元件中包括的热电臂。技术方案本专利技术的一个方面提供一种热电臂，包括：热电材料层，所述热电材料层包含Bi和Te；第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层分别设置在所述热电材料层的一个表面和所述热电材料层的另一个表面上；第一结合层，所述第一结合层设置于所述热电材料层和所述第一金属层之间并且包含Te；第二结合层，所述第二结合层设置于所述热电材料层和所述第二金属层之间并且包含Te；第一镀层，所述第一镀层设置于所述第一金属层和所述第一结合层之间；以及第二镀层，所述第二镀层设置于所述第二金属层和所述第二结合层之间，其中，所述热电材料层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量，并且，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第二结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。所述热电材料层的中心线与所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面之间的预定位置处的Te含量可以是所述热电材料层的中心线处的Te含量的0.8倍至1倍。所述第一结合层中的Te含量可以在所述热电材料层中Te含量的0.8倍至1倍的范围内。从所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面到所述第一结合层和所述第一镀层之间的界面，Te的含量可以相同。位于从所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面朝向所述热电材料层的中心线在100μm内的预定位置处的Te含量可以在所述热电材料层的中心线处的Te含量的0.8倍至1倍的范围内。所述第一镀层和所述第二镀层中的至少一个可以包含Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一种金属。所述第一结合层和所述第二结合层中的至少一个进一步可以包含所述第一镀层和所述第二镀层中包含的至少一种金属。所述第一金属层和所述第二金属层中的至少一个可以包含铜、铜合金、铝或铝合金。所述第一结合层和所述第二结合层中的至少一者中的Te含量可以在所述热电材料层中Te含量的0.9倍至1倍的范围内。所述第一结合层和所述第二结合层中的至少一者中的Te含量可以在所述热电材料层中Te含量的0.95倍至1倍的范围内。所述第一镀层的厚度可以在1μm至20μm的范围内。所述热电材料层可以与所述第一结合层直接接触，并且所述热电材料层可以与所述第二结合层直接接触。所述第一结合层可以与所述第一镀层直接接触，并且所述第二结合层可以与所述第二镀层直接接触。所述第一镀层可以与所述第一金属层直接接触，所述第二镀层可以与所述第二金属层直接接触。本专利技术的另一个方面提供一种热电元件，包括：第一基板；多个P型热电臂和多个N型热电臂，所述多个P型热电臂和所述多个N型热电臂交替地设置在所述第一基板上；第二基板，所述第二基板设置在所述多个P型热电臂和所述多个N型热电臂上；以及多个电极，所述多个电极将所述多个P型热电臂和所述多个N型热电臂串联连接，其中，所述多个P型热电臂和所述多个N型热电臂中的每一者包括：热电材料层，所述热电材料层包含Bi和Te；第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和第二金属层分别设置在所述热电材料层的一个表面和所述热电材料层的另一个表面上；第一结合层，所述第一结合层设置于所述热电材料层和所述第一金属层之间并且包含Te；第二结合层，所述第二结合层设置于所述热电材料层和所述第二金属层之间并且包含Te；第一镀层，所述第一镀层设置于所述第一金属层和所述第一结合层之间；以及第二镀层，所述第二镀层设置于所述第二金属层和所述第二结合层之间，所述热电材料层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量，并且，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第二结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。本专利技术的又一个方面提供一种热电臂的制造方法，包括：制备第一金属基板；在所述第一金属基板上形成第一镀层；在所述第一镀层上形成包含Te的第一结合层；在所述第一结合层的上表面上设置包含Bi和Te的热电材料层；在所述热电材料层上设置第二金属基板，第二结合层和第二镀层形成于所述第二金属基板上；以及烧结所述第一金属基板、所述第一镀层、所述第一结合层、所述热电材料层、所述第二金属基板、所述第二结合层和所述第二镀层。第一结合层的形成可以包括用包含Te的浆料涂覆第一镀层，并对涂覆有浆料的第一镀层进行热处理。第一结合层的形成可以包括在第一镀层上引入并真空沉积包含Te的源和第一镀层的材料。第一结合层的形成可以包括在用于形成第一镀层的镀液中加入Te离子。热电材料层可以设置在第一结合层和第二结合层之间，并且第一结合层可以与第二结合层相对。烧结可以进一步包括按压所述第一金属基板、所述第一镀层、所述第一结合层、所述热电材料层、所述第二金属基板、所述第二结合层和所述第二镀层。金属基板可以由从铜、铜合金、铝和铝合金中选择的材料形成。第一镀层可以包含Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一者。第一结合层可以进一步包含Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一者。烧结可以包括放电等离子体烧结方法。热处理可以包括从第一镀层的表面层使Te扩散并反应。有益效果根据本专利技术的实施例，能够获得具有高热电性能且薄和小的热电元件。特别地，能够获得如下的热电臂，该热电臂稳固地结合到电极，并且半导体材料均匀地分布到该热电臂，使得该热电臂的热电性能稳定。附图说明图1是示出热电元件的剖视图，图2是示出热电元件的立体图。图3是示出根据本专利技术一个实施例的热电臂和电极的剖视图。图4是示出具有堆叠结构的热电臂的制造方法的图。图5是示出在图4的堆叠结构中的单元部件之间形成的导电层的示例的图。图6是示出具有堆叠结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电臂，包括：热电材料层，所述热电材料层包含Bi和Te；第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别设置在所述热电材料层的一个表面和另一个表面上；第一结合层，所述第一结合层设置于所述热电材料层和所述第一金属层之间并且包含Te；第二结合层，所述第二结合层设置于所述热电材料层和所述第二金属层之间并且包含Te；第一镀层，所述第一镀层设置于所述第一金属层和所述第一结合层之间；以及第二镀层，所述第二镀层设置于所述第二金属层和所述第二结合层之间；其中，所述热电材料层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量，并且从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第二结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 KR 10-2016-00683451.一种热电臂，包括：热电材料层，所述热电材料层包含Bi和Te；第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层分别设置在所述热电材料层的一个表面和另一个表面上；第一结合层，所述第一结合层设置于所述热电材料层和所述第一金属层之间并且包含Te；第二结合层，所述第二结合层设置于所述热电材料层和所述第二金属层之间并且包含Te；第一镀层，所述第一镀层设置于所述第一金属层和所述第一结合层之间；以及第二镀层，所述第二镀层设置于所述第二金属层和所述第二结合层之间；其中，所述热电材料层设置于所述第一金属层和所述第二金属层之间，从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量，并且从所述热电材料层的中心线到所述热电材料层和所述第二结合层之间的界面，Te的含量高于Bi的含量。2.根据权利要求1所述的热电臂，其中，所述热电材料层的中心线与所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面之间的预定位置处的Te含量在所述热电材料层的中心线处的Te含量的0.8倍至1倍的范围内。3.根据权利要求2所述的热电臂，其中，从所述热电材料层和所述第一结合层之间的界面朝向所述热电材料层的中心线在100μm内的预定位置处的Te含量在所述热电材料层的中心线处的Te含量的0.8倍至1倍的范围内。4.根据权利要求2所述的热电臂，其中，所述第一镀层和所述第二镀层中的至少一个包含Ni、Sn、Ti、Fe、Sb、Cr和Mo中的至少一种金属。5.根据权利要求4所述的热电臂，其中，所述第一结合层和所述第二结合层中的至少一个还包含所述第一镀层和所述第二镀层中包含的至少一种金属。6.根据权利要求5所述的热电臂，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：东松刚，
申请(专利权)人：LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR