柔性微型热电发生器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种热电发生器，尤其是一种柔性微型热电发生器及其制造方法，属于热电发生器的技术领域。按照本发明专利技术提供的技术方案，所述柔性微型热电发生器，包括柔性衬底，所述柔性衬底上设置若干交替分布的N型热电材料层及P型热电材料层，所述N型热电材料层通过导电连接层与P型热电材料层串联后电连接，以在柔性衬底上形成若干串接的热电对。本发明专利技术通过柔性衬底，提高热电发生器的集成度，N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层均采用丝网印刷工艺制备得到，工艺步骤简单，与现有工艺技术相兼容，降低制造成本，结构简单紧凑，提高发电效率，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热电发生器，尤其是一种，属于热电发生器的

技术介绍
由于便携式电子产品日益增长的微型化趋势，推动了小型化电源的研究和发展。热电发生器作为一种自给自足的能源，它根据Seebeck效应能将热能直接转换为电能,在适合的温度下能保持实际上的无限的有效寿命，这使其作为一种能源领域的高新技术成为国际研究的热点之一。热电发生器一般由三部分组成热源、热沉和热电堆。热电堆是由一系列串联的能够将热能转换成电能的热电对组成(图示2)。热电对由不同类型的N/P型热电材料组成，当·其两端，即热源端和热沉端，出现温度梯度时，其两端可产生电势差，如图示I中所示。热电器件的主要工作原理是基于Seebeck效应。Seebeck效应是德国物理学家Seebeck发现的一种热电现象。当在金属导体或者半导体结构上加上温度差A T时，会伴随产生电压AU。并且开路电压线性地正比于温差「 n =—— s AT其中，a s称作Seebeck系数，也可称为热电功率。如果热电偶的两种构成材料的Seebeck系数分别为a b，则热电偶的Seebeck系数定义为a ab = a a+ab当n对热电偶串联时，总的开路输出电压可表示为AUn:AUn=n ( a ab AT)根据Seebeck效应而制作的热电发生器,其效率可由热电品质因数Z来表征Ct ' Gz=^-^- K其中，O是电导率，K是热导率，品质因数Z表示可用在热电发生器中的热电材料的热和电属性。L/A也是影响热电器件产生电压大小的关键参数，L和A分别是单个热电导电体的长度和横截面积，高的L/A比值对应着高的热电产生电压。传统的块状热电材料制备的热电器件，L/A 一般不超过20CHT1，但薄膜热电材料制备的热电单元可以达到lOOOcnT1甚至10000cm 1O对于热电器件来说，高品质因数Z的热电材料是最佳选择，但在一定的热电器件中，人们更关心，在一定电压下器件的输出功率以及该器件的集成程度。对于很多高品质因数的热电材料来说，难于制备成薄膜，这也限制了它们在微型器件制备中的应用。就薄膜热电材料的制备而言，国内外也有很多研究和报导。有报导称制备的Bi-Te/Sb-Te超晶格热电器件的品质因数超过了 2. 0，但这种材料需要以GaAs单晶做基底进行生长，而且很难将几百或者几千对这样的单元进行集成并封装。而现今比较有效的方式是采用溅射/蒸镀沉积的方法，此方法可以适用于多种衬底，如陶瓷，硅片，柔性薄膜等。但此方法技术和成本都要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种，其エ艺简单方便，制造成本低，集成度高，发电效率高，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述柔性微型热电发生器，包括柔性衬底，所述柔性衬底上设置若干交替分布的N型热电材料层及P型热电材料层，所述N型热电材料层通过导电连接层与P型热电材料层串联后电连接，以在柔性衬底上形成若干串接的热电对。所述导电连接层包括导电连接体、N型热电材料连接层或P型热电材料连接层。所述柔性衬底上设有下绝缘绝热层，所述串接的热电对位于下绝缘绝热层上，热电对上覆盖有上绝缘绝热层。 所述N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层均通过丝网印版印制于柔性衬底上。一种柔性微型热电发生器的制造方法，所述热电发生器的制造方法包括如下步骤a、提供所需柔性衬底；b、在上述柔性衬底通过丝网印刷印制若干N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层，所述N型热电材料层通过导电连接层与P型热电材料层串联后电连接；C、对上述N型热电材料层、P型热电材料层进行热退火。所述步骤b中，在柔性衬底上印制下绝缘绝热层，所述N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层均印制在下绝缘绝热层上。还包括步骤d、在上述柔性衬底上印制上绝缘绝热层，并对所述上绝缘绝热层进行干燥；所述上绝缘绝热层覆盖于所述N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层上。所述柔性衬底包括PI薄膜。所述导电连接层包括导电连接体、N型热电材料连接层及P型热电材料连接层。所述导电连接层为导电连接体时，所述导电连接体的材料包括Ag ;所述导电连接层为N型热电材料连接层时，所述N型热电材料连接层与N型热电材料层为同一制造层；所述导电连接层为P型热电材料连接层时，所述P型热电材料连接层与P型热电材料层为同一制造层。本专利技术的优点通过柔性衬底，提高热电发生器的集成度，N型热电材料层、P型热电材料层及导电连接层均采用丝网印刷工艺制备得到，エ艺步骤简単，与现有エ艺技术相兼容，降低制造成本，结构简单紧凑，提高发电效率，安全可靠。附图说明图I为热电发生器的原理示意图。图2为热电对中的连接示意图。图3为本专利技术的结构示意图。图4为图3的C-C向剖视图。图5为单个热电对的示意图。图6为本专利技术导电连接层采用N型热电材料连接层的示意图。图7为本专利技术导电连接成采用P型热电材料连接层的示意图。图8为本专利技术设置上绝缘绝缘材料层的结构示意图。附图标记说明100-第一热电发生器、101-第二热电发生器、102-第三热电发生器、110-柔性衬底、120-下绝缘绝热层、130-导电连接层、131-N型热电材料层、132-P型热电材料层、133-N型热电材料连接层、134-P型热电材料连接层及140-上绝缘绝热层。具体实施方式 下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图3、图4和图5所示本专利技术包括柔性衬底110，所述柔性衬底110上设置若干交替分布的N型热电材料层131及P型热电材料层132，所述N型热电材料层131通过导电连接层130与P型热电材料层132串联后电连接，以在柔性衬底110上形成若干串接的热电对；通过多个热电对串接后能够得到较多的电能，N型热电材料层131与相邻的P型热电材料层132通过导电连接层130电连接后能够形成一个热电对。一般地，N型热电材料层131与P型热电材料层132在柔性衬底110上平行分布。如图5所示图中的L是指热电对中N型热电材料层131、P型热电材料层132的长度，A为N型热电材料层131、P型热电材料层132的截面，根据
技术介绍
的描述可知，L/A是影响热电发生器产生电压大小的关键参数，本专利技术实施例中可以根据需要设置L/A的比值，一般地可使L/A达到1000甚至更高。N型热电材料层131、P型热电材料层132中采用的热电材料包括具有热电特性的单质或单质的化合物。为了增强热电材料与柔性衬底110间的粘附性，本专利技术实施例中在柔性衬底110上印制下绝缘绝热层120，热电对印制于下绝缘绝热层120上。同时，为了保护热电材料，降低外界干扰，本专利技术实施例中还包括上绝缘绝热层140，所述上绝缘绝热层140覆盖于热电对上，如图8所示。在柔性衬底110上的下绝缘绝热层120、上绝缘绝热层140可以根据需要进行设置。所述导电连接层130可以采用导电连接体、N型热电材料连接层133或P型热电材料连接层134。所述导电连接层130为导电连接体时，所述导电连接体的材料包括Ag、镍、铜或金；导电连接层130采用导电连接体时，形成本专利技术实施例中的第一热电发生器100，如图3所示。所述导电连接层130为N型热电材料连接层133时，所述N型热电材料连接层133与N型热电材料层131为同一制造层，导电连接层130采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性微型热电发生器，其特征是：包括柔性衬底（110），所述柔性衬底（110）上设置若干交替分布的N型热电材料层（131）及P型热电材料层（132），所述N型热电材料层（131）通过导电连接层（130）与P型热电材料层（132）串联后电连接，以在柔性衬底（110）上形成若干串接的热电对。

【技术特征摘要】
1.一种柔性微型热电发生器，其特征是包括柔性衬底(110)，所述柔性衬底(110)上设置若干交替分布的N型热电材料层(131)及P型热电材料层(132 )，所述N型热电材料层(131)通过导电连接层(130 )与P型热电材料层(132 )串联后电连接，以在柔性衬底(110)上形成若干串接的热电对。2.根据权利要求I所述的柔性微型热电发生器，其特征是所述导电连接层(130)包括导电连接体、N型热电材料连接层(133)或P型热电材料连接层(134)。3.根据权利要求I所述的柔性微型热电发生器，其特征是所述柔性衬底(110)上设有下绝缘绝热层(120)，所述串接的热电对位于下绝缘绝热层(120)上，热电对上覆盖有上绝缘绝热层(140)。4.根据权利要求I所述的柔性微型热电发生器，其特征是所述N型热电材料层(131)、P型热电材料层(132)及导电连接层(130)均通过丝网印版印制于柔性衬底(110)上。5.一种柔性微型热电发生器的制造方法，其特征是，所述热电发生器的制造方法包括如下步骤(a)、提供所需柔性衬底(110)；(b)、在上述柔性衬底(110)通过丝网印刷印制若干N型热电材料层(131)、P型热电材料层(132)及导电连接层(130)，所述N型热电材料层(131)通过导电连接层(130)与P型热电材料层(132)串联后电连接；(c )、对上述N型热电材料层(131)、P型热电材...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆，曹二林，陈岚，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：