本发明专利技术涉及一种热电电池单元，其具有通过金属连接件(54A,54B)串联连接的交替类型的热电轨道(52A,52B,53A,53B)，且包括通过臂(44A,44B,45A,45B)悬挂在衬底之上的平台(42)，平台和臂是同一热和电绝缘层的部分，并且每个臂支撑热电轨道。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电装置本专利申请要求法国专利申请FR16/51336的优先权，该法国申请应被视为本说明书的组成部分。
本申请涉及热电装置，尤其涉及包括通过金属连接件串联连接的交替的n型和p型热电材料的装置。
技术介绍
图1A表示热电装置1，其具有通过金属连接件串联连接的交替的n型和p型热电轨道。该装置包括n型掺杂半导体条带3和p型掺杂半导体条带5。这些条带构成热电轨道。轨道3和5通过金属连接件7串联地电连接在配备有端子13和15的两个金属接触件9和11之间。在一种操作模式中，接触件9和11处于温度TC，并且金属连接件7处于高于温度TC的温度TH。然后在端子13和15之间出现电压V1。然后，热电装置1能够用作电流或电压源(热电堆)，以对独立的电路供电。该装置还可以用于检测接触件与金属连接件之间的温度差。在另一种操作模式中，端子13和15连接到电源，并且轨道3和5中的电流流动产生接触件和金属连接件7之间的温度差。然后，热电装置1能够用作珀尔帖(Peltier)冷却器。在温度TH和TC之间的给定温度差下，用作热电堆的装置1产生的电压取决于用于轨道的材料的性质。轨道材料的热电灵敏度或塞贝克(Seebeck)系数(以V/℃为单位)由在轨道端部之间的给定温度差下出现在轨道端部之间的电压限定。为了增加产生的电流和/或电压，即增加装置的性能，我们试图增加塞贝克系数并减小轨道的电阻以及金属连接件7与接触件9和11之间的热传导。图1B表示热电装置20，其具有交替的n型和p型热电轨道23和24，轨道23和24通过金属连接件27串联连接在两个金属接触件25和26之间。接触件25和26配备有端子28和29。在轨道之间交替的金属连接件27交替地与温度为TC的块30和温度为TH的块31热接触。根据温度TH和TC之间的差，在端子28和29之间产生与串联的轨道数量相关的电压V2。通常，在具有通过金属连接件串联连接的交替类型的热电轨道的热电装置中，轨道链将两个金属接触件串联连接。链中的每个轨道连接两个金属元件，例如，接触件和金属连接件，金属元件交替地与两个不同的块热接触。已经提出了用于热电装置的各种结构。A.P.Perez-Marin等人在NanoEnergy(2014)4,73,80中发表的文章“MicropowerthermoelectricgeneratorfromthinSimembranes”描述了一种热电装置，其中两个块中的一个由悬挂平台组成。轨道由掺杂硅制成，在n型和p型之间交替。与其他已知结构一样，该结构呈现出各种鲁棒性和性能方面的问题。人们希望拥有性能更好的、鲁棒的热电装置。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个实施例的目的是克服上述所有或一些缺点。因此，本专利技术的一个实施例包括热电电池单元，该热电电池单元具有通过金属连接件串联连接的交替类型的热电轨道，包括通过臂悬挂在衬底之上的平台，平台和臂是同一热和电绝缘层的部分，并且每个臂支撑热电轨道。在本专利技术的一个实施例中，电池单元包括位于衬底上的第一两个金属接触件和至少两组热电轨道，每组热电轨道包括在第一两个金属接触件之间串联连接的交替类型的热电轨道。在本专利技术的一个实施例中，热电轨道由掺杂的碲化铋制成，交替类型对应于导电类型。在本专利技术的一个实施例中，绝缘层由氧化硅、氮化硅或氧化铝制成。在本专利技术的一个实施例中，每个臂的长度和宽度之比大于5。在本专利技术的一个实施例中，平台具有矩形形状，其中，两个臂从矩形的一侧延伸，两个臂从相对侧延伸，相同类型的热电轨道设置在位于矩形同一侧的臂上。在本专利技术的一个实施例中，电池单元还包括布置在平台上的吸收涂层。本专利技术的一个实施例包括热电装置，该热电装置包括以矩阵的形式布置并具有公共衬底的多个热电电池单元，矩阵的每列的热电电池单元串联连接在第二金属接触件之间。本专利技术的一个实施例包括一种热电堆，其包括热电装置。在本专利技术的一个实施例中，平台覆盖有吸收材料，该吸收材料被设计成吸收太阳辐射，公共衬底被设计成与冷源热接触。在本专利技术的一个实施例中，平台处于真空下。在本专利技术的一个实施例中，平台与周围空气接触，公共衬底设计成与热源热接触。本专利技术的一个实施例包括一种辐射热测量计，其包括热电装置，该装置连接到感测电路，该装置的平台覆盖有吸收所选波长的涂层，该公共衬底被设计成与冷源热接触。本专利技术的一个实施例包括一种冷却器，其包括热电电池单元或热电装置。本专利技术的一个实施例包括一种从覆盖有热和电绝缘层的衬底制造热电电池单元的方法，包括以下步骤：a)限定由臂延伸的绝缘层的区域；b)形成通过金属连接件串联连接的交替类型的热电轨道，每个轨道覆盖臂中的一个；c)在绝缘层中刻蚀开口，以划定限定区域和臂；d)去除位于限定区域下和臂下的衬底部分。附图说明结合附图，这些特征和优点以及其他特征和优点将在本专利技术的特定实施例的以下描述中详细给出，其不限制本专利技术的范围，其中：图1A和1B表示具有通过金属连接件串联连接的交替类型的热电轨道的热电装置；图2A至2C示意性地示出了热电装置的实施例；图3是热电装置的实施例的示意俯视图；和图4A至7A、4B至7B、6C和7C示出了用于制造热电装置的过程的实施例的步骤。具体实施方式在各个附图中相同的元件用相同的附图标记表示，并且各附图未按比例绘制。为了清楚起见，仅表示并详述了对理解所描述的实施例有用的那些元件。在以下描述中，指示相对位置的术语，例如术语“在...之上”，“在......上”和“在......下”应理解为是指在所讨论的横截面视图中所讨论的元件的取向。图2A至2C示意性地示出了热电装置40的实施例。图2A是俯视图，图2B和2C是沿平行平面B-B和C-C的横截面视图。装置40包括矩形平台42，矩形平台42通过四个臂44A、44B、45A和45B悬挂在位于衬底48的一个面中的腔46的之上。臂44A和44B从平台42的一侧延伸并与从平台的相对侧延伸的臂45A和45B对齐。臂和平台42是同一绝缘层50的部分，绝缘层50还覆盖围绕腔46的衬底48的部分。绝缘层50的材料是热绝缘体，即其导热率小于5W·m-1.K-1，并且它也是电绝缘体。每个臂支撑热电轨道。臂44A和44B支撑第一类型的热电轨道52A和52B。臂45A和45B支撑第二类型的热电轨道53A和53B。轨道52A和53A彼此对齐并通过位于平台上的金属连接件54A连接。轨道52B和53B通过位于平台上的金属连接件54B连接。金属接触件56和57位于衬底上，衬底在腔46的两侧覆盖有绝缘层50，接触件56与轨道52A和52B接触，接触件57与轨道53A和53B接触。因此，轨道52A和53A是交替类型的并且通过金属连接件54A与接触件56和57串联连接。轨道52B和53B以类似的方式在金属接触件56和57之间串联连接。层50使接触件与衬底电绝缘，但是足够薄以使接触件和衬底热接触。在装置40的一种操作模式中，装置的衬底48保持在温度TC。平台达到与TC不同的温度TH。金属接触件56和57通过接触件58和59耦合到源自接触件56和57并由装置40产生的电流I1的负载电路。在装置40中，轨道52A、52B、53A和53B中的每一个由臂机械地支撑。由于仅轨道的机械特性可能不足以以鲁棒的方式支撑平台，所以由臂提供结构的机械强度。因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种热电电池单元，其具有通过金属连接件(54A,54B)串联连接的交替类型的热电轨道(52A,52B,53A,53B)，且包括通过臂(44A,44B,45A,45B)悬挂在衬底之上的平台(42)，所述平台和臂是同一热和电绝缘层(50)的部分，并且每个臂支撑热电轨道，其中所述平台(42)具有矩形形状，两个臂(44A，44B)从矩形的一侧延伸，并且两个臂(45A,45B)从相对侧延伸，相同类型的热电轨道(52A,52B,53A,53B)设置在位于所述矩形的同一侧的臂上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 FR 16513361.一种热电电池单元，其具有通过金属连接件(54A,54B)串联连接的交替类型的热电轨道(52A,52B,53A,53B)，且包括通过臂(44A,44B,45A,45B)悬挂在衬底之上的平台(42)，所述平台和臂是同一热和电绝缘层(50)的部分，并且每个臂支撑热电轨道，其中所述平台(42)具有矩形形状，两个臂(44A，44B)从矩形的一侧延伸，并且两个臂(45A,45B)从相对侧延伸，相同类型的热电轨道(52A,52B,53A,53B)设置在位于所述矩形的同一侧的臂上。2.如权利要求1所述的电池单元，其中热电轨道(52A和53A,52B和53B)由掺杂的碲化铋制成，所述交替类型对应于导电类型。3.如权利要求1或2所述的电池单元，其中所述绝缘层(50)由氧化硅、氮化硅或氧化铝制成。4.如权利要求1至3中任一项所述的电池单元，其中每个臂(44A,44B,45A,...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维尔·布儒瓦，迪米特里·泰诺夫，丹尼尔·布尔戈，
申请(专利权)人：法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国,FR
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