【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电模块的一般领域。本专利技术涉及用于制造热电结构的方法。本专利技术还涉及通过这种方法获得的热电结构。本专利技术还涉及包括两个这样获得的热电结构的热电装置，其中一个热电结构具有第一导电类型，另一个热电结构具有第二导电类型。本专利技术应用于许多工业领域，特别是需要可利用热梯度(例如运输、工业等)的热电发电机的应用、放射性同位素热电发电机应用、帕尔贴应用或热传感器应用。本专利技术由于使得能够形成具有低电阻的热电结构/热电装置而特别令人感兴趣。
技术介绍
1、通常，热电(thermoelectric，te)模块包括一组第一引脚和一组第二引脚，第一引脚由具有第一导电类型的热电材料制成，第二引脚由具有第二导电类型的压电材料制成。例如，第一材料是n型材料(即具有n型导电性)，第二材料是p型材料(即具有p型导电性)。
2、引脚串联地电连接并且并联地热连接。引脚通过金属元件连接在一起。热电结也被称为np结。引脚由设置在引脚组件两侧的陶瓷衬底保持。
3、te装置在发电机模式下的电气性能由以下各项给出：
4、-根据公式(1)定义的内部电阻rint：
5、rint＝n × ρnp × l / a+ rc + rmet (1)
6、其中，n为np结的数量，ρnp为np材料的电阻率，l为线的长度或引脚的厚度，a为线或引脚的横截面，rc为接触部的总电阻，rmet为金属结的总电阻，
7、-根据公式(2)定义的有用电功率pu，
8、pu＝voc2/4rint (
9、其中，voc为由te模块产生的电压。
10、因此，为了具有高功率，必须具有低的内部电阻，并且因此必须减少接触部的总电阻rc和金属结的总电阻rmet的贡献。
11、通常，te模块普遍使用以下步骤制造：te材料的制造(烧结)、引脚的形成、引脚的金属化、与衬底进行组装。
12、金属连接直接在衬底上进行，例如通过所谓的直接覆铜技术(或者直接键合铜(direct bonding copper，dbc))，然后对引脚进行钎焊和压制。
13、然而，这种制造方法相对复杂，并且极大地限制了所制造的热电装置的几何形状和模块化。
14、还存在不具有衬底的te模块，也被称为“骨架模块”。因此，这些模块不存在由于衬底而造成的任何热损失。然而，这些模块不能与导电表面接触。
15、也可以使用由多种te材料制成的te引脚。因为所使用的材料通常针对不同的温度范围进行了优化，这些所谓的分段式引脚使得能够在模块的端部处适应更大的温差。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提出一种用于制造热电结构的方法，该方法易于实施并且使得能够制造具有良好电性能(特别是低接触电阻)和/或良好热性能的热电结构。
2、为此，本专利技术提出了用于制造热电结构的方法，该方法包括以下步骤：
3、a)提供由第一材料制成的衬底，
4、b)通过增材制造来在衬底上沉积由第二材料制成的热电元件，
5、c)使衬底变薄并对衬底进行切割，直到获得由第一材料制成的膜，由此获得包括由第一材料制成的膜以及热电元件的热电结构。
6、本专利技术与现有技术的根本区别在于实施了如下的步骤，在该步骤期间，热电元件(例如热电引脚)的功能化(金属化)在增材制造方法期间实施。
7、这不仅导致了与现有技术的方法相比步骤数量的明显减少，从而简化了该方法，而且还导致时间的大幅节省和成本的降低。
8、所获得的金属化部具有良好的机械强度和良好的导电性能和/或导热性能。
9、优选地，增材制造技术是激光粉末床熔融(powder bed fusion，pbf)技术或选择性激光烧结(selective laser sintering，sls)技术。
10、有利地，衬底完全地或局部地覆盖有由第三材料制成的金属接合层，并且热电元件形成在金属接合层上，由此获得包括膜、接合层以及热电元件的热电结构，所述第三材料优选地选自al、ti、cu、au以及ni。
11、根据有利的实施例，热电元件是界定出基部和多个臂的呈梳状件形式的部件，多个臂大致彼此平行并且从基部大致正交地延伸，多个臂具有第一端部和第二端部，第一端部被连接到基部，第二端部与膜接触，或者在适用的情况下第二端部与金属接合层接触。
12、根据另一个有利的实施例，热电元件是具有基部和高度的引脚。
13、根据该另一个有利的实施例，衬底可以被切割以具有膜，该膜的表面积与引脚的基部的表面积相同。替代地，衬底可以被切割以具有膜，该膜的表面积大于引脚的基部的表面积。
14、有利地，在步骤b)中，多个引脚被沉积，并且衬底被切割以具有包括膜的结构，多个引脚被设置在膜上。
15、有利地，该方法在步骤b)与步骤c)之间包括附加步骤，在附加步骤期间，在热电元件上沉积中间金属化层并且随后沉积附加热电元件，附加热电元件由第四材料制成，第四材料的导电类型与第二材料的导电类型相反。例如，第二材料为n型，第四材料为p型(或者第二材料为p型，第四材料为n型)。
16、有利地，第二材料为si、sige、bi2te3、半赫斯勒或方钴矿。
17、第四材料也可以选自si、sige、bi2te3、半赫斯勒以及方钴矿。例如，第二材料为n型掺杂的sige，第四材料为p型掺杂的sige。
18、有利地，第一材料为316l钢、铝、钛、cuzr合金、陶瓷或石墨。
19、该方法具有多种优点：
20、-该方法具有数量少的步骤，
21、-该方法简单且经济，
22、-例如该方法使得所制造的热电装置能够具有大模块化的设计，
23、-热电元件可以具有简单的形式(例如引脚)或复杂形式(例如梳状件)。
24、本专利技术还涉及通过这种方法获得的热电结构。
25、热电结构包括膜，所述膜例如由316l钢、铝、钛、cuzr合金、陶瓷或石墨制成，一个或多个热电元件被设置在膜上。
26、有利地，例如由al、ti、cu、au或ni制成的金属接合层被设置在膜与一个或多个热电元件之间。
27、增材制造使得能够生产复杂的形状，这是用于制造te材料的当前技术所不能实现的。复杂形状例如为圆形形状。还可以生产具有空腔的热电元件或呈蜂窝或螺旋形形式的热电元件。更易于生产的方形形状也是可实现的。
28、本专利技术还涉及热电装置，该热电装置包括两个通过如上文所描述的方法来获得的热电结构，每个热电结构包括膜和一个或多个热电元件，膜例如由316l钢、铝、钛、cuzr合金、陶瓷或石墨制成，例如由al、ti、cu、au或ni制成的金属接合层能够被设置在两个热电结构的一个或多个热电元件与膜之间，热电结构中的一个热电结构的一个或多个热电元件为第一导电类型，另一个热电结构的一个或多个热电元件为第二导电类本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于制造热电结构的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述衬底(100)完全地或局部地覆盖有由第三材料制成的金属接合层(300)，并且所述热电元件(200)形成在所述金属接合层(300)上，由此获得包括膜(101)、接合层(300)以及热电元件(200)的热电结构，所述第三材料优选地选自Al、Ti、Cu、Au以及Ni。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热电元件(200)是界定出基部和多个臂的呈梳状件形式的部件，所述多个臂大致彼此平行并且从所述基部大致正交地延伸，所述多个臂具有第一端部和第二端部，所述第一端部被连接到所述基部，所述第二端部与所述膜(101)接触，或者在适用的情况下所述第二端部与所述金属接合层(300)接触。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热电元件(200)是具有基部和高度的引脚。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬底(100)被切割以具有以下膜(101)，所述膜的表面积与所述引脚的基部的表面积相同。
6.根据权利
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤b)与步骤c)之间包括附加步骤，在所述附加步骤期间，在所述热电元件(200)上沉积中间金属化层(400)并且随后沉积附加热电元件(500)，所述附加热电元件由第四材料制成，所述第四材料的导电类型与所述第二材料的导电类型相反。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，多个引脚被沉积，并且所述衬底(100)被切割以具有包括膜(101)的结构，多个引脚被设置在所述膜上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料选自Si、SiGe、Bi2Te3、半赫斯勒以及方钴矿。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一材料为316L钢、铝、钛、CuZr合金、陶瓷或石墨。
11.通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的热电结构，所述热电结构包括膜(101)，所述膜例如由316L钢、铝、钛、CuZr合金、陶瓷或石墨制成，一个或多个热电元件(200)被设置在所述膜上。
12.根据前一项权利要求所述的热电结构，其特征在于，例如由Al、Ti、Cu、Au或Ni制成的金属接合层(300)被设置在所述膜(101)与所述一个或多个热电元件(200)之间。
13.热电装置，所述热电装置包括两个根据权利要求11或12所述的热电结构，每个结构包括膜(101，111)和一个或多个热电元件(200，201，210，211)，所述膜例如由316L钢、铝、钛、CuZr合金、陶瓷或石墨制成，
...【技术特征摘要】
1.用于制造热电结构的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述衬底(100)完全地或局部地覆盖有由第三材料制成的金属接合层(300)，并且所述热电元件(200)形成在所述金属接合层(300)上，由此获得包括膜(101)、接合层(300)以及热电元件(200)的热电结构，所述第三材料优选地选自al、ti、cu、au以及ni。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热电元件(200)是界定出基部和多个臂的呈梳状件形式的部件，所述多个臂大致彼此平行并且从所述基部大致正交地延伸，所述多个臂具有第一端部和第二端部，所述第一端部被连接到所述基部，所述第二端部与所述膜(101)接触，或者在适用的情况下所述第二端部与所述金属接合层(300)接触。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热电元件(200)是具有基部和高度的引脚。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬底(100)被切割以具有以下膜(101)，所述膜的表面积与所述引脚的基部的表面积相同。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬底(100)被切割以具有以下膜(101)，所述膜的表面积大于所述引脚的基部的表面积。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤b)与步骤c)之间包括附加步骤，在所述附加步骤期间，...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·萨韦利，马克西姆·鲍德里，吉尔海姆·鲁克斯，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：
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