热电元件、热电模块及包括该热电模块的热转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例提供一种热电元件，其包括具有第一截面面积的第一元件部、连接到第一元件部的连接部以及连接到连接部并具有第二截面面积的第二元件部，其中，连接部的截面面积小于第一横截面积和第二横截面积中的至少一者。

Thermoelectric components, thermoelectric modules and thermal conversion devices including the thermoelectric module

The embodiment of the invention provides a thermoelectric element, which comprises a first element, has a first cross-sectional area is connected to the connecting portion of the first element of the Department and connected to the connecting part and the second components of the Department, which has second cross sectional area, cross-sectional area of the connecting part of the less than at least one of the first cross-sectional area and second cross section in the area of.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电元件、热电模块及包括该热电模块的热转换装置
本专利技术的实施例涉及一种配置为提高热电效率的热电元件、热电模块及包括该热电模块的热转换装置。
技术介绍
通常的热电模块具有通过将金属电极中的P型热电元件和N型热电元件接合形成一对PN接头的结构。当一对PN接头的两个金属电极之间存在温差时，通过塞贝克效应(Seebeckeffect)产生电力，因此热电模块可以是发电机。此外，根据一对PN接头的两个金属电极中的一个金属电极被冷却而另一个金属电极被加热的珀尔帖效应(Peltier’seffect)，热电模块可以是温度控制器。这种热电模块被应用于冷却器、加热器及发电机以提供各种热电效应。因此，提高热电模块的效率的方法受到关注。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面是提供一种高效率的热电模块。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种热电元件，包括：第一元件部，具有第一截面面积；连接部，连接到所述第一元件部；以及第二元件部，连接到所述连接部并具有第二截面面积，其中，所述连接部的截面面积小于所述第一截面面积和所述第二截面面积中的至少一者。有益效果根据本专利技术的实施例，即使使用等量的材料，也能通过将热电元件的顶部宽度和底部宽度形成为大于其中心宽度，来增加热电效率和发电效率。因此，可以在保持发电效率的同时降低热电元件的材料成本。此外，根据本专利技术的实施例，可以在提供冷却或加热的热转换效果的装置中使用等量的材料来提高冷却或加热性能。在这种情况下，可以在获得特定的冷却和加热性能的同时降低热电元件的材料成本。此外，根据本专利技术的实施例，可以提供具有高发热效率的薄热电模块。具体地，当发热基板的面积形成为大于冷却基板的面积时，由于可以增大传热速率并且不需要散热器，因此可实现小且薄的装置。此外，根据本专利技术的实施例，由于通过堆叠在片状基材上包括半导体层的单元构件来实现热电元件，所以导热性降低，导电性提高，使得冷却能力(Qc)和温度变化率(OT)可显著提高。此外，通过在堆叠结构的单元构件之间包括导电图案层并将其厚度形成为显著小于整块型(overallbulk-type)热电元件的厚度，而具有将导电性最大化的效果。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的热电元件的概念图；图2是包括根据本专利技术的实施例的热电元件的热电模块的剖视图；图3是包括一般热电元件的热电模块的剖视图；图4是包括根据本专利技术的实施例的热电元件的热电模块的剖视图；图5示出了包括图4的热电模块的热电装置；图6的(a)到图6的(d)是示出了单元构件的制造工序的概念图；图7的(a)到图7的(d)表示根据本专利技术的实施例的导电层的各种变型例；图8的(a)到图8的(c)示出了根据本专利技术的另一实施例的热电元件。具体实施方式以下，参照附图详细说明根据本专利技术的实施例的结构和操作。在参照附图的整个说明中，相同的附图标记表示相同的元件，并省略其重复的说明。虽然诸如第一、第二等术语可用于描述各种元件，但是元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与其他元件进行区分。图1是根据本专利技术的实施例的热电元件的概念图，图2是包括根据本专利技术的实施例的热电元件的热电模块的剖视图。参考图1和图2，根据本专利技术的实施例的热电模块包括第一基板140、设置在第一基板140上的热电元件120以及设置在热电元件120上的第二基板150，热电元件120包括：设置在第一基板140上并具有第一截面的第一元件部122；连接到第一元件部122的连接部124；以及连接到连接部124并设置在第二连接部124和第二基板150之间并具有第二截面的第二元件部126。具体地，在这种情况下，可以提供连接部124的水平方向上的任意区域的截面小于第一截面和第二截面的结构。这里，水平方向可指代与从第一基板140朝向第二基板150的方向垂直的方向。与使用等量材料的具有单一截面的结构(例如，正六面体或长方体)相比时，在根据本专利技术的实施例的热电元件120中，由于可增大第一元件部122和第二元件部126的面积，并且可增大连接部124的长度，因此可增大第一元件部122和第二元件部126之间的温度差T。当第一元件部122和第二元件部126之间的温度差增大时，由于在第一元件部(例如，加热侧)和第二元件部分126(例如，冷却侧)之间移动的自由电子的量增加，因此加热或冷却效率提高。因此，根据本专利技术的实施例的热电元件120被实现为，可以设置连接到连接部124的上表面和下表面的第一元件部122和第二元件部126的宽水平截面，并且可以通过延长连接部124的长度来减小连接部的截面。这里，第一元件部122和第二元件部126可形成为平板结构或另一三维结构。虽然在图中未示出，但是第一元件部122可具有随着其靠近第一基板140而变大的截面，第二元件部126可具有随着其靠近第二基板150而变大的截面。具体地，在本专利技术的实施例中，连接部124的水平截面中具有最大宽度的截面的宽度B与作为第一元件部和第二元件部的水平截面的较大截面的截面的宽度A或C之比可实现为满足1:1.5至1:4的范围。在不在该范围的情况下，由于从加热侧向冷却侧传导热，因此发电效率降低或者加热或冷却效率降低。在该结构的另一实施例中，热电元件120可以形成为使第一元件部的厚度a1和第二元件部的厚度a3可小于连接部的厚度a2。这里，厚度可以表示从第一基板140朝向第二基板150的方向上的厚度。此外，在本专利技术的实施例中，作为第一元件部122的水平截面的第一截面和作为第二元件部126的水平截面的第二截面可以实现为不同。这是为了通过调节热电效率而容易控制所需的温度差。此外，第一元件部、第二元件部及连接部可构造成一体，在这种情况下，它们的部件可由相同的材料形成。为此，可以通过挤压或通过使用模具来形成第一元件部122、第二元件部126及连接部124。根据本专利技术的实施例的热电元件120可包括P型半导体材料或N型半导体材料。可通过使用如下的混合物形成包括N型半导体材料的N型热电元件，在该混合物中，将包含硒(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)的碲化铋(BiTe)基主材料与相当于该主材料的总重量的0.001wt％到1.0wt％的Bi或Te混合。此外，可通过使用如下的混合物形成包括P型半导体材料的P型热电元件，在该混合物中，将包含锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)的碲化铋(BiTe)基主材料与相当于该主材料的总重量的0.001wt％到1.0wt％的Bi或Te混合。图3是包括一般热电元件的热电模块的截面图。参考示出了包括根据本专利技术的实施例的热电元件的热电模块的图2和示出了包括一般热电元件的热电模块的图3，假定设置了以下的结构：热电元件120设置于具有相同宽度和厚度并且彼此面对的一对基板140和150之间，并对热电元件120应用等量的材料。在这种情况下，在图3所示的一般结构中，使用通常设置量的热电材料来实现具有高度d1和宽度d3的热电元件。在图2中使用等量的热电材料来实现具有高度d2的热电元件。例如，假定图3中高度d1与宽度d3之比为0.5:5时，当在图2中使用等量的热电材料时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电模块，包括：第一基板；热电元件，设置在所述第一基板上；以及第二基板，设置在所述热电元件上，其中，所述热电元件包括：第一元件部，设置在所述第一基板上，并具有第一截面面积；连接部，连接到所述第一元件部，以及第二元件部，连接到所述连接部，设置在所述连接部和所述第二基板之间，并具有第二截面面积，其中，所述连接部的截面面积比所述第一截面面积和所述第二截面面积中的至少一者小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.27 KR 10-2015-00431071.一种热电模块，包括：第一基板；热电元件，设置在所述第一基板上；以及第二基板，设置在所述热电元件上，其中，所述热电元件包括：第一元件部，设置在所述第一基板上，并具有第一截面面积；连接部，连接到所述第一元件部，以及第二元件部，连接到所述连接部，设置在所述连接部和所述第二基板之间，并具有第二截面面积，其中，所述连接部的截面面积比所述第一截面面积和所述第二截面面积中的至少一者小。2.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一截面面积和所述第二截面面积不同。3.根据权利要求2所述的热电模块，其中，所述连接部的水平截面中宽度最宽的截面的宽度与所述第一元件部的截面的宽度或所述第二元件部的截面的宽度之比是1:1.5至1:4。4.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一元件部、所述第二元件部以及所述连接部是一体的。5.根据权利要求1所述的热电模块，其中，所述第一元件部、所述第二元件部以及所述连接部由相同材料形成。6.根据权利要求5所述的热电模块，其中，所述第一元件部和所述第二元件部的厚度小于所述连接部的厚度。7.根据权利要求1所述的热电模块，其中，通过堆叠两个或更多的单元构件来形成所述热电元件，所述单元构件均在基材上包括半导体层。8.根据权利要求7所述的热电模块，其中，所述热电元件还包括相邻的单元构件上的导电层。9.根据权利要求8所述的热电模块，其中，所述导电层包括露出所述单元构件的表面的图案。10.根据权利要求1所述的热电模块，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：元冨云，
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