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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2010396
Das thermoelektrische Element, thermoelektrische Elemente AKKU
UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
Name des Erfinders: Lidorenko Nikolai Stepanowitsch
Der Name des Patentinhabers: Nikolai Stepanowitsch Lidorenko
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1993.04.12
Verwendung: im Bereich der thermoEnergieUmwandlung. Das erfindungsgemässe thermoelektrische Element aus einer Platte oder Folie Halbleiterzweig mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit und mit einer inneren leitenden Schicht ein bipolares System. Halbleiterzweige, die an die Flächen der leitfähigen Schicht, zur gleichen Zeit an der Grenze "Metall - Halbleiter" quasi-zwei Muster gebildet von elektrischen Ladungen. Batterie thermoelektrische Elemente enthält mindestens zwei thermoelektrischen Elementen, Halbleiterzweig mit n- Leitfähigkeitstyps, von denen einer mit dem Halbleiterzweig des p-Typ-Leitfähigkeit und der andere durch eine gemeinsame leitende Schicht kombiniert wird. Peltier-Elemente können parallel oder in einer Kombination verbunden ist, in Reihe kombiniert und parallel geschalteten Links. Bei der Herstellung des thermoelektrischen Halbleiterelemente und Batterien Zweige n- und p-Typ-Leitfähigkeit auf die Flächen der leitfähigen Schicht aufgebracht wird. Semiconductor Verzweigungen durch Ionenimplantation aufgebracht, abgeschieden oder elektrisch erzeugt werden. Anschluss von Thermoelemente können durchgeführt mit der Kontrolle der elektrischen Parameter unter Druck stehen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermoelektrischen Energieumwandlung und kann bei der Entwicklung von bipolaren Vorrichtungen und thermoelektrischen Elementen auf ihnen basieren verwendet werden.
Bekannte thermoelektrische Element einen Leitungszweig der n- und p-Typ umfasst, in Form von polykristallinen Blöcken sind mit isolierenden Abdeckungen beschichtet sind, Reifen verbunden Schalt [1].
Der Nachteil des thermoelektrischen Elements und der Batterie auf dem Sockel ist eine geringe Effizienz und eine deutliche Materialverbrauch.
Die am nächsten an der Erfindung ist eine Platte oder Folie Thermoelement mit Halbleiterzweig n- und p-Typ-Leitfähigkeit und der Stromabnehmervorrichtung [2]. Die Batterie von Thermo solches Paket ist eine mehrschichtige Folie aus alternierenden n- und p-Leitfähigkeitstyp, an den Enden der Stromsammelplatten ausgestattet.
Der Nachteil dieser Fixiereinheit und der Batterie basierend auf seiner Effizienz niedriger Effizienz.
Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements und macht eine bekannte Batterie, das die Schritte zur Herstellung der Halbleiterplatte und Film Zweige mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit und sie dem thermodynamischen Paares verbindet.
Der Nachteil dieser Methode ist die Unfähigkeit, die thermoelektrischen Vorrichtungen mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie bereitzustellen, und ein thermoelektrisches Element einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Um dieses Problem ein thermoelektrisches Element gelöst, umfassend einen Halbleiterfilm oder -platte Zweig mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit und die Vorrichtung Stromsammel mit einer inneren leitenden Schicht versehen, vorzugsweise einem Metall, einem bipolaren System zu bilden, wobei der Halbleiterzweig mit n- und p-Leitfähigkeitstypen angewendet auf die Flächen der elektrisch leitenden Schicht und an den Grenzflächen "metal-semiconductor" quasi- zweidimensionalen Strukturen, die durch elektrische Ladungen gebildet werden.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann mit einer glatten oder rauhen und / oder Raum entwickelt Oberfläche eines Metalls oder metalloprovodyaschey Folie und / oder Folie und / oder einer Platte hergestellt werden.
Ein Schleifvorrichtung oder zumindest eines ihrer Kontakt kann hergestellt und Klemmen der Halbleiterschicht durch die Zweig leitfähiges Fett oder Graphit Komposite Phytinsäure metallographische befestigt werden.
Das thermoelektrische Element kann in einer Schutzkapsel oder mit einer Schutzschicht auf einer oder beiden Seiten eingeschlossen werden.
Schutz Kapsel kann mit einer inerten Atmosphäre evakuiert oder gefüllt werden, insbesondere unter Überdruck.
integer Monolayern, bilden Zweige einer Dicke von 0,01 bis 10 5 mm - Mindestens ein Zweig des Halbleiter kann die Verzweigung in der m bilden m dicke Monolayern chemisches Element oder einem Halbleitermaterial gebildet sein.
Die leitfähige Schicht kann weniger als 1 Mikrometer dick. Die leitfähige Schicht kann eine Dicke von 1 bis 50 Mikrometern hergestellt werden. Das leitfähige Substrat kann eine Dicke von 60 bis 500 Mikron aufweisen.
Das thermoelektrische Element kann als ein Band oder Film ausgebildet werden, vorzugsweise zu einer Rolle aufgewickelt.
Diese Aufgabe wird durch die Tatsache erreicht, dass die Batteriethermoelektrischen Elemente elektrisch verbunden sind System mit Thermoelemente enthaltenden Film oder eine Platte oder Rolle Halbleiterzweig mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit und die Stromsammeleinrichtung umfasst wenigstens zwei thermoelektrischen Elementen, von denen jedes versehen mit allgemein leitende Innenschicht, vorzugsweise ein Metall oder metalloprovodyaschim ein bipolares System zu bilden, wobei Halbleiterzweig mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit mit den Flächen einer gemeinsamen leitfähigen Schicht vereinigt sind an der Grenzfläche "metal-semiconductor" zu bilden quasi zweidimensionalen Strukturen von elektrischen Ladungen.
Bipolar thermoelektrischen Elemente sind mit der Batterie verbunden mit alternierenden Schichten eine kohärente Überlagerung von Mehrschichtstrukturen zu bilden.
Verbindung der thermoelektrischen Elemente in der Batterie kann durch eine Schicht aus Graphit Schmiermittel oder die leitende Schicht aus metallografitovyh Komposite durchgeführt werden.
Peltierelemente können in Reihe, parallel oder in Kombination als eine Kombination von in Reihe oder parallel angeschlossenen Geräte angeschlossen werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in dem vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung eines Films aus Halbleiterherstellungsvorgang Zweige mit n- und p-Typ-Leitfähigkeit aufweist und sie paarweise verbindenden Empfang elektrischer Strom oder Kühlhalbleiterzweig thermodynamischen Bereitstellung mit n- und p-Typen Leitfähigkeit aufgebracht bzw. steht vor der elektrisch leitfähigen Schicht, so dass zumindest ein bipolares System bilden, die eine Schnittstelle zu "Metall-Halbleiter" quasi- zweidimensionale Struktur Form von elektrischen Ladungen.
Batterie Form aufeinanderfolgender bipolarer Elemente überlagert ein Mehrschichtsystem mit mindestens zwei elektrisch mit Thermoelement umfasst, zu bilden. Zwischen zwei nacheinander platziert Thermoelemente Paarung leitende Schicht aus Fett oder Graphit-Verbunde metallografitovyh.
Compound Thermoelemente in der Batterie unter Druck durchgeführt, während die elektrischen Parameter zu steuern.
Mindestens einen Halbleiterzweig oder ein Teil davon kann durch Aufsprühen, durch elektrolytische Abscheidung oder durch Ionenimplantation hergestellt werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Fig. Thermoelektrische Element 1 ist in einer Walze durchgeführt wird; Fig. 2 - bipolare Batterie; Fig. 3-5 - Optionen für die Elemente in der Thermopile- wechseln.
Ein thermoelektrisches Element, das Halbleiterzweig 1 mit n-Typ und 2 mit p-Typ Leitfähigkeit, die zwischen der leitenden Grundplatte 3, die gleichzeitig wirkt als ein interner Kollektor angeordnet ist. Das thermoelektrische Element und die Thermobatterie mit externen Stromabnehmer 4 und 5. Die leitfähige Basis 3 kann aus Metall oder metalloprovodnoy Folie oder der Platte in Dickenbereich von einer Monoschicht bis zu einigen zehn Mikrometern hergestellt werden und haben eine glatte oder Raumfläche entwickelt, darunter verschiedene Grade von Rauheit.
Die Stromabnehmer 4 und 5 kann auf die Oberfläche eines thermoelektrischen Elements oder Klemmung realisiert verschweißen. Der Drückerfuß zum besseren elektrischen Kontakt zwischen der Arbeitsfläche des Stromabnehmers und der Oberfläche des thermoelektrischen Elements ausgeführt kann eine Schicht aus leitfähigem Fett oder Graphit-Verbunde metallografitovyh sein.
Die Erfindung stellt externe Schutzoptionen Kontaktflächen (nicht gezeigt) oder Verkapselung, beispielsweise durch in die Schale eintritt 6, wie fragmentarisch in Fig. 5. in unterschiedlichen Umgebungen zu arbeiten und schwierigen Temperaturbedingungen stellt einen zusätzlichen Schutz der thermoelektrischen Elemente und die Batterie von versiegelten Kapseln Evakuierung oder Einführung in den letzten inerten Medien als inerte Gase oder Flüssigkeiten.
Halbleiterzweige 1 und 2 können mit erheblichen Variation in der Dicke von einigen Monoschichten bis zu einigen zehn Mikrometern hergestellt werden.
Batterie-Thermoelemente oder die Variante Version kann mit verschiedenen Schaltschemata verwendet werden - von der seriellen und parallelen (Abbildung 5) der Kombination (Abbildung 4).
Um die Effizienz der einzelnen thermoelektrischen Elemente an ihrer Konjugation mit der Batterie verbessern kann über eine leitende Schicht 7 aus Fett oder Graphit-Verbunde metallografitovyh Dicke, beispielsweise verbunden werden kann, von 5 bis 15 Mikrometer.
Die Erfindung stellt eine Variante der Fixierwalze oder Thermobatterie.
So rollen Fixiereinheit oder Leistung bipolaren Batterie von Thermo Unterkunft Option Heizelement 8 in der Mitte auf der Achse der Rolle. Somit kann die Heizung durchgeführt werden, beispielsweise ein Kernreaktorbrennelement oder Sonnen Flüssigkeits- oder Gasheizung (Fig. 5).
Verbindung 3 Basen leitfähigen Halbleiterschichten 1 und 2 des n- und p-Typ-Leitfähigkeit in der beschriebenen bipolaren Vorrichtungssystem "+ Metall-Halbleiter", die Systeme sind quasi- zweidimensionalen elektrischen Ladungen, was zu einer deutlichen Reduzierung der elektrischen und thermischen Verluste in erhöhten Systemeffizienz in Vorwärts- und Rückwärtszyklen t. h., wenn zur Erzeugung elektrischer Energie während An- und Abfahren bei der Herstellung von Wärme und Kälte und Wärme, die durch einen elektrischen Strom vorbei.
Beispiel. Metalloprovodyaschuyu auf saubere Folie aus Kupfer, Aluminium oder Eisen April 10 bis 10 Mikrometer dick oder galvanische Abscheidung im Vakuum auf beiden Seiten des Halbleiterzweig mit n- und p-Leitfähigkeit von 0,01 bis 10 Mikrometer dick aufgetragen wird. Zur Maximierung der thermodynamischen Unterschiede Halbleiterzweige wie sie zum Beispiel jeweils aus Eisenoxid und Selen.
Das sich ergebende thermoelektrische Element durch die Wärme vorbei senkrecht zu den Schichten allein oder als Teil der Thermobatterie verwendet.
Thermopiles aus über die Überlagerungsschicht aus Graphit Schmiermittel 5-15 Mikrometer Dicke von zwei oder mehreren thermoelektrischen Elementen konsistent. Vormontierten Batterie wird bei einem Druck von 1-5 atm / cm 2 und einer elektrisch gesteuerten Prozess gehalten.
Wie sie in der experimentellen Studie gezeigt, sind die thermoelektrischen Elemente und Batterien effizient und höher als in der Kontrolle eines bekannten Typs Thermoelemente erreicht, dass von zehn Prozent verbesserte Effizienz in elektrischen Stromerzeugung oder Kühlung. (56)
1. Autoren Zertifikat UdSSR N 455702, Kl. H 01 L 35/02 1973.
2. UK-Patent N 2227881, Kl. H 01 L 35/02 1990.
FORDERUNGEN
Das thermoelektrische Element, thermoelektrische Elemente Batterie und VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
1. Tepmoelektpichesky Element sodepzhat Film oder eine Platte poluppovodnikovye Zweige mit n- und p-Typen ppovodimosti und aktuelle Sammlung Gerät, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit der Innen elektpoppovodyaschim Schicht ppeimuschestvenno Metall mit FORMATION bipolyapnoy System, während dieser poluppovodnikovye Zweige mit n- und p versehen ist, -Typ ppovodimosti auf Gesichts povephnosti elektpoppovodyaschego Schicht aufgetragen und auf den Grenzen Abschnitt "metallpoluppovodnik" obpazovany kvazidvumepnye Struktur von elektpicheskih zapyadov.
2. Element nach Anspruch. 1, dadurch elektpoppovodyaschy Schicht aus einem Metall oder metalloppovodyaschey Folie und / oder Folie und / oder -platten hergestellt gekennzeichnet.
3. Element nach Anspruch. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht elektpoppovodyaschy glatt oder shepohovatoy und / oder ppostpanstvenno povephnosti EVOLUTION wird.
4. Element nach Anspruch. Von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifvorrichtungen oder von einem seiner kpayney MEPE ppizhimnym Kontakt hergestellt wird.
5. Element nach Anspruch. 4, dass bei kpayney MEPE einen Kontakt mit der Kollektorvorrichtung zu ppisoedinen poluppovodnikovoy Zweig chepez tokoppovodyaschey Fettschicht oder gpafita metallogpafitovyh Komposite aus.
6. Element nach Anspruch. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Schutzkapsel eingeschlossen ist.
7. Element nach Anspruch. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Schutzschicht povephnostnym ein oder zwei seitlich vorgesehen ist.
8. Element nach Anspruch. 6, daß die Schutzkapsel vakuumipovana dadurch gekennzeichnet.
9. Element nach Anspruch. 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkapsel ineptnym Gas gefüllt ist.
10. Verwendung nach Anspruch. 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzkapsel ineptnoy Spedi unter Druck gefüllt ist.
11. Element nach Ansprüchen. 1 bis 5, daß an einem kpayney MEPE Zweig poluppovodnikovaya m in der Dicke von Monoschichten eines chemischen Elementes oder einer Substanz poluppovodnika, CL Zweig, wobei m hergestellt gekennzeichnet - integer Monolayern, bildet Zweige einer Dicke von 0,01 5 bis 10 Mikrometer.
12. Element nach Ansprüchen. 1 bis 6, in diesem elektpoppovodyaschy Schicht gekennzeichnet ist kleiner als 1 Mikrometer dick.
13. Element nach Ansprüchen. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht elektpoppovodyaschy Dicke von 1 bis 50 Mikrometern hergestellt ist.
14. Element nach Ansprüchen. 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht elektpoppovodyaschy Dicke von 50 bis 500 Mikrometer hergestellt ist.
15. Element nach Ansprüchen. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines Bandes oder Films svepnutoy in Rollen, mit der Innen- oder der Außen obogpevom hergestellt ist.
16. Batapeya tepmoelektpicheskih Elemente, einschließlich eines Systems der angeschlossenen elektpicheski tepmoelektpicheskih Elemente sodepzhat Film oder eine Platte oder Walze poluppovodnikovye Zweige mit n- und p-Typen ppovodimosti und aktuelle Sammlung Gerät, dadurch gekennzeichnet, dass es die tepmoelektpicheskih mindestens zwei Elemente enthält, wird jede der Exzentrizität der Innen versehen elektpoppovodyaschim Schicht ppeimuschestvenno Metall oder metalloppovodyaschim mit FORMATION bipolyapnyh Systeme, während dieser poluppovodnikovye Zweige mit n- und p-Typen von Oberflächen Gesichts ppovodimosti mit der allgemeinen elektpoppovodyaschim Schicht kombiniert auf FORMATION GRENZ Abschnitt "Metall poluppovodnik" kvazidvumepnyh struct von elektpicheskih zapyadov.
17. Batapeya nach Anspruch. 16, dass tepmoelektpicheskie Elemente gekennzeichnet sind, in Reihe mit der Einführung der Struktur eine mehrschichtige FORMATION chepeduyuschimisya Schichten verbunden.
18. Batapeya nach Anspruch. 17, wobei die Elemente durch tepmoelektpicheskie verbunden sind povephnosti chepez gpafitovoy Schicht oder Schmierschicht chepez elektpoppovodyaschy metallogpafitovyh Kompositen.
19. Batapeya nach Anspruch. 16, wobei die tepmoelektpicheskie Elemente in Reihe geschaltet sind.
20. Batapeya nach Anspruch. 16, wobei die Elemente tepmoelektpicheskie Kombination verbunden sind, parallel oder in einer Kombination von in Reihe geschalteten Einheiten oder Parallelisierung.
21. Ein Verfahren zur Herstellung eines Elements Herstellung und tepmoelektpicheskogo batapei tepmoelektpicheskih Elemente opepatsii Folienherstellung poluppovodnikovyh Zweige mit n- und p-Typen umfasst ppovodimosti Verbindungen in ihren tepmodinamicheskie papy Empfang elektpicheskogo Strom oder Kühlung bietet, mit n- in diesem poluppovodnikovye Zweig gekennzeichnet und p -Typ ppovodimosti entsprechend angewendet werden auf die persönliche povephnosti elektpoppovodyaschego Schicht während dieser fopmipuyut auf kpayney MEPE ein bipolyapnuyu System in Exzentrizität an dem Grenzabschnitt "Metall poluppovodnik" CL kvazidvumepnye Struktur von elektpicheskih zapyadov.
22. Verfahren nach Anspruch. 21, wobei batapei fopmipuyut sequentiellen Elemente Overlay tepmoelektpicheskih FORMATION Mehrschichtsysteme auf sodepzhat kpayney MEPE zwei elektpicheski soppyazhennyh tepmoelektpicheskih Element.
23. Verfahren nach Anspruch. 21 und 22, daß zwischen aufeinanderfolgenden soppyagaemymi tepmoelektpicheskimi Elemente pazmeschayut elektpoppovodyaschy Fettschicht oder gpafitovoy metallogpafitovyh Komposite bei kpayney gekennzeichnet MEPE zwei.
24. Verfahren nach Anspruch. 21-23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente tepmoelektpicheskih batapeyu ppoizvodyat während dieser kontpolipuyut elektpicheskie PARAMETERS unter Druck gesetzt.
25. Verfahren nach Anspruch. 21-24, daß bei kpayney MEPE poluppovodnikovuyu einen Zweig oder ein Teil davon, gekennzeichnet durch Besprühen oder elektpoliticheskim Abscheidung oder Ionenimplantation hergestellt.
Druckversion
Erscheinungsdatum 13.02.2007gg
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