專利名稱：可透光的熱電致冷元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱電致冷元件，特別是涉及一種可將熱能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換并且可透光的熱電致冷元件。
背景技術(shù)：
—種已知的熱電致冷兀件,包含:一第一基板、兩個彼此間隔并位于該第一基板上的第一電極、分別位于所述第一電極上的一 η型熱電層與一 P型熱電層、一連接于該η型熱電層與該P(yáng)型熱電層上方的第二電極，以及一位于該第二電極上的第二基板。其中，所述第一電極與該第二電極的材料為金屬，例如銅。該η型熱電層與該P(yáng)型熱電層為熱電材料，例如碲化鉍(Bi2Te3)。所述熱電材料是一種可以將熱能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的材料。該熱電致冷元件的運(yùn)作原理，主要是外加一直流電源后即可進(jìn)行熱能傳輸。通過電流在該熱電致冷元件中的流動，該元件的頂部會吸熱而成為冷端，該元件的底部會放熱而成為熱端。該熱電致冷元件在散熱應(yīng)用上，可以將該冷端接上一熱源，將該熱端接上一散熱片，如此即可通過該熱電致冷元件將該熱源的熱往該散熱片傳導(dǎo)散出，而且吸收熱量與放出熱量可由電源的電流大小來決定。該熱電致冷元件除了可以用于散熱以外，還可通過控制電流大小來進(jìn)行溫控，也可以利用熱電致冷元件兩端的溫差來產(chǎn)生電流，從而用于發(fā)電或可將電能儲存。但無論何種應(yīng)用方式，已知的熱電致冷元件的第一電極、第二電極、P型熱電層與η型熱電層都使用不透光的材料，因此限制該熱電致冷元件無法應(yīng)用于需要可透光元件的裝置中。例如，用于觸控面板上的元件必須可透光，如此才不會遮蓋顯示器的影像。因此已知的熱電致冷元件仍有待改良。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可透光的熱電致冷元件。本實(shí)用新型可透光的熱電致冷元件，包含:一個可透光的第一基板，以及一個可透光并與該第一基板上下間隔相對的第二基板。該可透光的熱電致冷元件還包含:一個可透光并位于該第一基板與該第二基板之間的P型熱電層、一個可透光且位于該第一基板與該第二基板之間，并與該P(yáng)型熱電層左右間隔的η型熱電層，以及一個可透光且位于該第一基板與該第二基板之間，并連接該P(yáng)型熱電層與該η型熱電層的電極單元。本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該P(yáng)型熱電層的材料為氮摻雜氧化鋅。本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該η型熱電層的材料為鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、氟摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦摻雜氧化鋅、硅摻雜氧化鋅、鍺摻雜氧化鋅、鈦摻雜氧化鋅、鋯摻雜氧化鋅或鉿摻雜氧化鋅。本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該電極單元的材料為石墨烯。本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該第一基板的材料為玻璃或高分子材料，該第二基板的材料為玻璃或高分子材料。[0012]本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該第一基板包括一個朝向該第二基板的第一面，該第二基板包括一個朝向該第一基板的第二面，該電極單元包括一個連接于該第一基板的第一面與該P(yáng)型熱電層之間的第一導(dǎo)電層、一個連接于該第一基板的第一面與該η型熱電層之間的第二導(dǎo)電層，以及一個位于該第二基板的第二面上并連接該P(yáng)型熱電層與該η型熱電層的第三導(dǎo)電層。本實(shí)用新型所述可透光的熱電致冷元件，該第一導(dǎo)電層、該第二導(dǎo)電層及該第三導(dǎo)電層的材料為石墨烯。本實(shí)用新型的有益效果在于:通過各個層體都由可透光材料制成，使本實(shí)用新型除了可應(yīng)用于不要求透光度的裝置以外，進(jìn)一步還可應(yīng)用于需要透明元件的裝置上，應(yīng)用性較廣。

圖1為本實(shí)用新型可透光的熱電致冷元件的一較佳實(shí)施例的示意圖。圖2顯示本實(shí)用新型的熱電致冷元件電連接一直流電源后的運(yùn)作方式。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。參閱圖1，本實(shí)用新型可透光的熱電致冷元件的一較佳實(shí)施例包含:一第一基板
3、一第二基板4、一 P型熱電層5、一 η型熱電層6以及一電極單兀7。該第一基板3與該第二基板4都可透光，并且彼此上下間隔相對。該第一基板3包括一朝向該第二基板4的第一面31,該第二基板4包括一朝向該第一基板3的第二面41。本實(shí)用新型的第一基板3與第二基板4除了必須具有透光性以外，無其他特殊限制，該第一基板3與該第二基板4的材料例如玻璃或高分子材料，所述高分子材料例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC)等等。該P(yáng)型熱電層5位于該第一基板3與該第二基板4之間，并且由可透光的P型半導(dǎo)體熱電材料制成。該P(yáng)型熱電層5的材料例如P型氧化鋅，具體例為氮摻雜氧化鋅(ZnO:N，亦即N-doped ZnO)，所述氮摻雜氧化鋅為現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的已知材料。 該η型熱電層6位于該第一基板3與該第二基板4之間，并與該ρ型熱電層5左右間隔。該η型熱電層6由可透光的η型半導(dǎo)體熱電材料制成，其材料例如η型氧化鋅，具體例為鋁摻雜氧化鋅(ZnO:Α1)、鎵摻雜氧化鋅(ZnO:Ga)、氟摻雜氧化鋅(ZnO:F)、硼摻雜氧化鋅(ZnO:B)、銦摻雜氧化鋅(ZnO:In)、硅摻雜氧化鋅(ZnO:Si)、鍺摻雜氧化鋅(ZnO:Ge)、鈦摻雜氧化鋅(ZnO:Ti)、鋯摻雜氧化鋅(ZnO ,Ir)或鉿摻雜氧化鋅(ZnO:Hf)，前述氧化鋅摻雜其他元素的材料為現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的已知材料。該電極單元7位于該第一基板3與該第二基板4之間，用于連接該P(yáng)型熱電層5與該η型熱電層6。該電極單兀7可透光,并包括一連接于該第一基板3的第一面31與該P(yáng)型熱電層5之間的第一導(dǎo)電層71、一連接于該第一基板3的第一面31與該η型熱電層6之間的第二導(dǎo)電層72，以及一位于該第二基板4的第二面41上并連接該P(yáng)型熱電層5與該η型熱電層6的第三導(dǎo)電層73。該第一導(dǎo)電層71、該第二導(dǎo)電層72與該第三導(dǎo)電層73都是由可透光的材料制成，其材料例如石墨烯。由于石墨烯具有高導(dǎo)電性、高透光性、機(jī)械強(qiáng)度佳、具韌性等優(yōu)點(diǎn)，因此適合作為本實(shí)用新型的電極材料。需要說明的是，該第一導(dǎo)電層71與該第二導(dǎo)電層72雖然間隔設(shè)置，但實(shí)際上可同時制作完成。其制法是先在該第一基板3上鍍上一層石墨烯薄膜，再將該石墨烯薄膜蝕刻圖案化，即可得到該第一導(dǎo)電層71與該第二導(dǎo)電層72。參閱圖2，將本實(shí)用新型的熱電致冷元件外加一直流電源2后即可進(jìn)行熱能傳輸。其運(yùn)作原理是，該直流電源2的負(fù)極與正極分別連接第一導(dǎo)電層71、第二導(dǎo)電層72，進(jìn)而通過第一導(dǎo)電層71、第二導(dǎo)電層72與該第三導(dǎo)電層73使該η型熱電層6與該ρ型熱電層5串聯(lián)，該熱電致冷元件中的電流流向如圖2中的虛線101所示。該ρ型熱電層5的熱輸送方向與該電流方向相同，該η型熱電層6的熱輸送方向與該電流方向相反，熱輸送方向如圖中的箭頭102所示。該熱電致冷元件的頂部會吸熱而成為冷端，該元件的底部會放熱而成為熱端。本實(shí)用新型應(yīng)用于電器的散熱時，將該冷端接上一熱源，將該熱端接上一散熱片，即可通過該熱電致冷元件將該熱源的熱往該散熱片傳導(dǎo)散出，并且可由電源的電流大小來控制吸收熱量與放出熱量。由于本實(shí)用新型的整體材料都由可透光材料制成，因此可以制作成透明元件，適合應(yīng)用于觸控面板等人機(jī)介面上，可作為溫度控制元件。通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計與電路設(shè)計將熱電致冷元件布設(shè)在面板的適當(dāng)位置處，讓使用者觸控不同的熒幕位置時可以感受到不同的溫度。例如:當(dāng)熒幕顯現(xiàn)冰山時，使用者碰觸該冰山圖案會感受到較低的溫度；當(dāng)熒幕顯現(xiàn)太陽時，使用者碰觸該太陽圖案會感受到較高的溫度?；蛘?，用于明眼人與盲胞可兼用的觸控式空調(diào)控制器，在調(diào)溫度的圖案上方加一適合該圖案大小形狀的該熱電致冷元件，使升溫的三角形箭頭處是熱的，降溫的倒三角形箭頭是冰涼的，美觀之余，不僅方便盲胞觸摸后決定是否按壓調(diào)整溫度，也可使明眼人通過該熱電致冷元件看到升溫符號也能用手感受到冷熱溫度?；蛘撸糜趲囟鹊膯⒚赡Ｐ?，在雪花模型外加一層含有該元件的雪花狀的薄膜，不僅可以讓小朋友看到雪花的形狀，也可以感覺到雪花的溫度?；蛘?，用于帶溫度的走馬燈等裝飾品，在燈的圖案外加一層含有該元件的薄膜，根據(jù)圖案需要調(diào)整其對應(yīng)位置的溫度，不僅能看到美麗的圖案，也可以感覺到圖案的環(huán)境。借此產(chǎn)生新奇特殊的觸感體驗(yàn)，能提升使用樂趣。需要說明的是，本實(shí)用新型的ρ型熱電層5與η型熱電層6都是以氧化鋅材料為主的氧化鋅系列材料，其優(yōu)點(diǎn)在于氧化鋅為透明材料，可達(dá)到本實(shí)用新型的可透光要求，而且氧化鋅摻雜適當(dāng)?shù)脑鼐涂梢灾谱鞒蒔型或η型半導(dǎo)體，方便于制作該P(yáng)型熱電層5與該η型熱電層6。氧化鋅系列材料的熱電優(yōu)值ZT (thermoelectric figure of merit)越高，熱電效率越佳，而ZnO系列材料(如ZnO:A1、ZnO:Ga、ZnO:N等)有最高的ZT值0.47，其熱電效率較佳。此外，使用的氧化鋅系列材料無毒，對環(huán)境傷害小，且價格便宜，適于商品化。綜上所述，本實(shí)用新型通過各個層體都由可透光材料制成，而且各層體對于可見光的穿透率都可達(dá)到85%以上，整合多種高透光性薄膜而制作成熱電致冷元件，以使整體元件對于可見光的穿透率約85%，除了可應(yīng)用于不要求透光度的裝置以外，進(jìn)一步還可應(yīng)用于需要透明元件的裝置上，如手機(jī)屏幕上，可作為溫控元件或幫助散熱。因此本實(shí)用新型的可透光結(jié)構(gòu)設(shè)計在應(yīng)用上更加廣泛。
權(quán)利要求1.一種可透光的熱電致冷元件，包含:一個可透光的第一基板，以及一個可透光并與該第一基板上下間隔相對的第二基板，其特征在于，該可透光的熱電致冷元件還包含:一個可透光并位于該第一基板與該第二基板之間的P型熱電層、一個可透光且位于該第一基板與該第二基板之間，并與該P(yáng)型熱電層左右間隔的η型熱電層，以及一個可透光且位于該第一基板與該第二基板之間，并連接該P(yáng)型熱電層與該η型熱電層的電極單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該P(yáng)型熱電層的材料為氮摻雜氧化鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該η型熱電層的材料為鋁摻雜氧化鋅、鎵摻雜氧化鋅、氟摻雜氧化鋅、硼摻雜氧化鋅、銦摻雜氧化鋅、硅摻雜氧化鋅、鍺摻雜氧化鋅、鈦摻雜氧化鋅、鋯摻雜氧化鋅或鉿摻雜氧化鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該電極單元的材料為石墨烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該電極單元的材料為石墨烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該第一基板的材料為玻璃或高分子材料，該第二基板的材料為玻璃或高分子材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該第一基板包括一個朝向該第二基板的第一面，該第二基板包括一個朝向該第一基板的第二面，該電極單元包括一個連接于該第一基板的第一面與該P(yáng)型熱電層之間的第一導(dǎo)電層、一個連接于該第一基板的第一面與該η型熱電層之間的第二導(dǎo)電層，以及一個位于該第二基板的第二面上并連接該P(yáng)型熱電層與該η型熱電層的第三導(dǎo)電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可透光的熱電致冷元件，其特征在于:該第一導(dǎo)電層、該第二導(dǎo)電層及該第三導(dǎo)電層的材料為石墨烯。
專利摘要一種可透光的熱電致冷元件，包含一可透光的第一基板、一可透光并與該第一基板間隔相對的第二基板、一可透光并位于該第一基板與該第二基板之間的p型熱電層、一可透光且位于該第一基板與該第二基板之間并與該p型熱電層間隔的n型熱電層，及一可透光的電極單元。該電極單元位于該第一基板與該第二基板之間，并連接該p型熱電層與該n型熱電層。通過各個層體都由可透光材料制成，使本實(shí)用新型除了可應(yīng)用于不要求透光度的裝置以外，進(jìn)一步還可應(yīng)用于需要透明元件的裝置上，應(yīng)用性較廣，可作為高透光性的溫控元件。
文檔編號H01L35/32GK203071137SQ20132004253
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者李智淵, 蔡碩文, 蔡俊毅 申請人:鉅永真空科技股份有限公司