半导体制冷片(TE)也叫热电制冷片 ， 是一种热泵 ， 它的优点是没有滑动部件 ， 应用在一些空间受到限制 ， 可靠性要求高 ， 无制冷剂污染的场合 。
半导体制冷片的工作运转是用直流电流 ， 它既可制冷又可加热 ， 通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热 ， 这个效果的产生就是通过热电的原理 ， 以下的图就是一个单片的制冷片 ， 它由两片陶瓷片组成 ， 其中间有N型和P型的半导体材料(碲化铋) ， 这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成 。
文章插图
半导体制冷片的工作原理
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时 ， 在这个电路中接通直流电流后 ， 就能产生能量的转移 ， 电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量 ， 成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量 ， 成为热端 。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定 ， 以下三点是热电制冷的温差电效应 。
1、 塞贝克效应(SEEBECK EFFECT)
一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时 ， 如两个连接点保持不同的温差 ， 则在导体中产生一个温差电动势： ES=S.△T
式中：ES为温差电动势
S(?)为温差电动势率(塞贝克系数)
△T为接点之间的温差
2、 珀尔帖效应(PELTIER EFFECT)
一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应 ， 即当电流流经两个不同导体形成的接点时 ， 接点处会产生放热和吸热现象 ， 放热或吸热大小由电流的大小来决定 。
Qл=л.I л=aTc
式中：Qπ 为放热或吸热功率
π为比例系数 ， 称为珀尔帖系数
I为工作电流
a为温差电动势率
Tc为冷接点温度
3、 汤姆逊效应 (THOMSON EFFECT)
当电流流经存在温度梯度的导体时 ， 除了由导体电阻产生的焦耳热之外 ， 导体还要放出或吸收热量 ， 在温差为△T的导体两点之间 ， 其放热量或吸热量为：
Qτ=τ.I.△T
Qτ为放热或吸热功率
τ为汤姆逊系数
I为工作电流
△T为温度梯度
以上的理论直到本世纪五十年代 ， 苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究 ， 于一九五四年发表了研究成果 ， 表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果 ， 这是最早的也是最重要的热电半导体材料 ， 至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份 。
约飞的理论得到实践应用后 ， 有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数 ， 才达到相当水平 ， 得到大规模的应用 ， 也就是我们现在的半导体制冷片件 。
中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初 ， 当时在国际上也是比较早的研究单位之一 ， 60年代中期 ， 半导体材料的性能达到了国际水平 ， 60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶 。在此期间 ， 一方面半导体制冷材料的优值系数提高 ， 另一方面拓宽其应用领域 。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力 ， 获得了半导体制冷片 ， 因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用 。
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