半导体温差发电器发电电气特性试验研究
半导体温差发电器发电电气特性试验研究
式中，△ 为回路产生的电动势； 曲为两种导
体材料 的相对塞贝克系数 ，取决于两种导体材料 的 性质和温度 ；Ｔ 为结点 ２ 的温度 ；Ｔ 为结点 １ ２ 处
处 的温度 ； △Ｔ为 两结点 的温差 。
基金项 目：东 北农业 大学 大学生科 技创新项 目（０ ６ ７ １ ２０００） 作者简介：姜涛 （９ ４ ） １８ 一 ，男 ，黑 龙江人 ，研究 方 向为 电气化
般采用单个半导体发电器来研究发电的物理
特 Ｉ和电气特性规律 ，其能够排除其他发电器对单 生 个发电器 的影响 ，从而能更加精确地研究和掌握半 导体发电器发 电的基本特性 ；由于单个半导体发电 器结构（ 见图 ２相对于多个半导体发 电器结构来说 ）
转换 。
一
Ｕ ：ｔＡＴ ／ ￣ ／
（） ５
将 汤姆 逊效 应公 式 （ ） ４代人 （ ） ： ５得
Ｐ＝ Ｑ （） ６
式 中 ，Ｐ为输 出 电功 率 （＝ Ｉ ； Ｐ Ｕ）
为 热 转 换
效率。 假设电压保持不变得 ：
Ｕ＝ Ｑ ／ 公 式整 理得 ： （） ７
（ ｅ ｂ ｃ ｆ ｃ） Ｓ ｅ ｅｋ ｅ ｅ ｔ
Ａ 、Ｂ是两种不同导体连接在一起构成的回路 ， 如果两个结点所处 的温度不 同（ 和 不等 ） 回路 中就会有电动势产生。这就是塞贝克效应 ，是温差
发 电技 术 的理论 基础 。当结点 问的温度 差在 一 定 范 围 内 ，存 在如 下关 系 ：
维普资讯
第 ３卷 第 ４ ９ 期
２０ ０ ８年 ４月
东
北
农
业
大
学
学
报
３ ０）８ － ９ ９ ： ６８
Ａｐ ｉ ２ ０８ ｒｌ ０
半导体温差发电器的性能测试
半导体温差发电器的性能测试半导体温差发电器的性能测试梁高卫1、2，周孑民1，黄学章1，徐冰1，张韬1梁高卫1、2，周孑民1，黄学章1，徐冰1，张韬1（1：中南大学能源科学与工程学院，长沙，410083；2：邵阳学院，邵阳，422000）（1：中南大学能源科学与工程学院，长沙，410083；2：邵阳学院，邵阳，422000）摘要：摘要：介绍了温差发电器的基本原理，并对已有的温差发电器进行了性能测试，尽量减小的外界的影响，测试精度较高，测试结果与塞贝克效应吻合。
介绍了温差发电器的基本原理，并对已有的温差发电器进行了性能测试，尽量减小的外界的影响，测试精度较高，测试结果与塞贝克效应吻合。
关键词：温差发电器；性能；测试1.引言2.引言根据塞贝克效应，半导体温差发电器能够直接将热能转换为电能，由于其没有任何运动部件、无震动无噪音无泄露、结构简单、安全可靠、使用寿命长等特点，温差发电技术目前已广泛应用于航天、国防、医学和科技等领域[1]。
近年来，随着节能技术的不断发展，将半导体温差发电器用于低品味热源的余热回收成为发达国家的研究热点，如：美国研究了利用汽车发动机尾气的余热进行发电；日本正研究利用垃圾焚烧后产生的热能进行发电的技术等[2]。
目前国际上已经有了一些较为成熟的温差发电民用产品，而我国尽管有部分高校和研究机构在从事该方向的研究，但在将温差发电技术用于民用几乎还是个空白[3]。
对温差发电器的性能研究是开发温差发电产品的基础，但目前国内对温差发电器的研究主要集中在温差电材料的研究及温差发电器的热电偶单体的研究，对发电器整体热电性能的研究还比较少。
本文着重介绍了温差发电器的基本原理，并通过实验来测试温差发电器的温差电性能，并验证温差发电器发电过程中的一些基本规律。
3. 温差发电器的基本原理塞贝克效应[4]是热能转换为电能的现象。
如图1所示，对于两个不同的导体串联组成的回路，如果两个接头1和2维持在不同的温度1T 和2T )(21T T >，则在导体b 的开路位置y 和z 之间，将会有个电位差出现，其数值为：)(21T T V ab YZ -=α其中，ab α为塞贝克系数。
半导体P-N型温差发电器件热电性能研究
王长宏等：半导体P-N型温差发电器件热电性能研究文章编号：1001-9731 (016) 12-12147-0512147半导体P-N型温差发电器件热电性能研究x王长宏，李娜，林涛，吴浩东(广东工业大学材料与能源学院，广州510006)摘要：区熔法工艺制备的T i2Be3温差发电材料，以P N结为研究对象。
通过有限体积法对单对半导体P N结模型的温度、流场进行模拟，并用热阻分析法对传热过程进行计算，考虑热电转换过程受P N结空腔内气体对流、热传导和辐射的影响。
研究结果表明，数值模拟和热阻分析法所得结果吻合，芯片传热过程中陶瓷基板热阻耗散 46%的温差，且当热端温度达1 000 K时，辐射传热量占总传热量的37%;因此对半导体P N结模型进行优化，适 当降低陶瓷基底热阻有利于提高半导体P N结实际温差和应用价值。
关键词：温差发电器件；热电转换；热电性能；数值分析中图分类号：T K11 文献标识码：A D O I：10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.0240引言由于热电发电过程中具有体积小、无噪声、寿命长 等特点，其性能研究及相关应用备受关注[]。
国内外 学者现集中于热电材料优值系数的提高[-3];主要包括 通过态密度共振和能带简并提高塞贝克系数；纳米结 构等方法降低晶格热导率以及基体和纳米第二相的能 带对齐来维持电传输性能45]。
王长宏等[]在温差发 电过程的数值模拟中考虑热电单元之间封闭腔体内空 气传热的影响提出改善模块结构的有效途径，A.S.A1-M e rb a ti等[7]利用有限元方法对不同组合结构的PN 结元件进行温度场、电场和机械应力场耦合分析，综合 评价不同P N结构性能。
A.R e z a n ia等[8]则对温差发电芯片内部结构进行优化。
F ank ai M e n g等[]针对温 差余热利用，分析单元长度，封装、热流对温差发电模块的影响和导热基底厚度对发电效率影响研究，表明 输出功率随着截面积增大和导热基底厚度增加而减小；而对温差发电内部多场耦合的研究甚少。
半导体热电特性综合实验报告
半导体热电特性综合实验报告半导体热电特性综合实验报告引言：热电效应是指材料在温度梯度下产生电势差的现象，是热与电之间的耦合效应。
半导体材料由于其特殊的电子结构和导电机制，具有较高的热电效应，因此在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。
本实验旨在通过测量和分析半导体材料的热电特性，深入了解其基本原理和性能。
实验一：热电效应测量在本实验中，我们选择了常见的半导体材料硅和锗作为研究对象，通过热电效应测量装置，测量了它们在不同温度梯度下的热电压输出。
实验过程中，我们将样品加热至一定温度，然后通过热电偶将样品的温度差转化为电压信号。
实验结果表明，硅和锗的热电压随温度梯度的增加而增加，且两者的热电压符号相反，符合热电效应的基本规律。
实验二：材料选择与优化在实际应用中，选择合适的半导体材料对于实现高效能源转换至关重要。
本实验通过对不同材料的热电性能测量和分析，评估了它们的热电特性和适用范围。
实验结果显示，不同材料的热电性能存在明显差异，例如锗具有较高的热电效应系数，但导热性能较差；而硅的热电效应系数较低，但具有较好的导热性能。
因此，在实际应用中需要综合考虑材料的热电性能和导热性能，选择合适的材料以达到最佳的能量转换效率。
实验三：热电材料的应用半导体热电材料在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。
本实验通过设计和制备热电模块，将热电材料应用于实际设备中，探索其在能源转换中的潜力。
实验结果显示，通过合理设计和优化热电模块的结构和参数，可以实现较高的能量转换效率。
热电材料的应用不仅可以将废热转化为电能，提高能源利用效率，还可以用于温度传感器、热电制冷等领域，具有重要的应用价值。
结论：通过本次实验，我们深入了解了半导体材料的热电特性和应用。
热电效应的测量和分析为我们提供了评估材料性能和选择合适材料的依据。
热电材料的应用在能源转换和热管理领域具有重要的意义，可以提高能源利用效率和降低能源消耗。
未来的研究方向包括进一步优化热电材料的性能和结构设计，提高能量转换效率，推动热电技术的发展和应用。
温差发电半导体
温差发电半导体
摘要：
1.温差发电半导体的概念和原理
2.温差发电半导体的应用领域
3.我国在温差发电半导体技术方面的研究进展
4.我国在温差发电半导体产业方面的挑战与机遇
5.结论与展望
正文：
温差发电半导体是一种能够将温差转换为电能的材料，其原理基于热电效应。
当两种不同材料的接触处存在温差时，会产生一个电势差，从而产生电流。
温差发电半导体材料主要包括碲化铋、碲化镉等。
温差发电半导体在多个领域具有广泛的应用前景。
首先，它可以用于制作热电发电机，将环境中的温差转换为电能，为小型电子设备、传感器等供电。
其次，温差发电半导体还可应用于汽车尾气废热回收系统、工业余热回收等领域，有助于提高能源利用效率。
此外，航空航天、医疗设备、通信基站等也对温差发电半导体有较高的需求。
我国在温差发电半导体技术方面取得了一定的研究成果。
我国科研团队已经成功研发了高性能碲化铋基温差发电半导体材料，并已申请了多项专利。
此外，我国还积极开展温差发电半导体器件的研究，以提高器件的性能和稳定性。
然而，我国在温差发电半导体产业方面仍面临一些挑战。
首先，高质量温
差发电半导体材料的制备技术和设备主要掌握在国外企业手中，对我国的技术引进和产业发展造成一定的制约。
其次，我国在温差发电半导体器件的设计、制造和应用方面尚处于初级阶段，需要进一步加强研发投入和人才培养。
总之，温差发电半导体技术具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
温差发电器研究进展
温差发电器1 概述1821年德国科学家塞贝克（T.J. Seebeck）发现了塞贝克效应，迄今已经快200年了。
第二次世界大战末发现半导体材料后，掀起了探索温差电材料和器件的热潮，促进了温差电理论和技术的发展。
二十世纪五十年代末六十年代初，空间技术飞速发展，急需一种长寿命、抗辐照的电源。
由于温差发电器是一种静态的固体器件，没有转动部件，体积小、寿命长，工作时无噪声，而且无须维护，成为空间电源研发的热点，大大刺激了温差电技术的发展。
1960年代初就有一批放射性同位素温差发电器（Radioisotope Thermoelectric Generator，英文缩写为RTG）成功地应用于空间、地面和海洋。
1963年美国将一个输出电功率2.7W的同位素温差发电器Snap3用在军用导航卫星上。
1969年到1972年美国人将5个Snap27同位素温差发电器成功地放在月面上作为月面科学仪器供电电源。
目前，常规的温差发电器的热电转换效率还不到10%。
与其它化学和物理电源电源相比，温差发电器的效率确实还较低。
但是，温差发电器具有其它电源尚不具备的优点，如寿命很长，应用环境和使用热源不受限制，特别是它可以利用所谓低级热发电－如工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热以及太阳热、地热、海洋热能等，一直吸引着人们的青睐。
1990年起，出于环境保护和经济可持续发展的需要，许多国家的政府和公司投入资金用于开发温差电技术，在全球范围内又一次掀起了研发这种绿色电源的热浪。
目前，RTG是月球表面和深太空航天器的首选电源。
RTG也可以用作海上浮标、声纳的电源，或极地、边界的军用隐蔽电源、预警系统电源。
天然气燃料温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用。
2 分类按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等。
放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238, Sr-90,Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器。
半导体温差发电机
半导体温差发电机半导体温差发电机，作为一种新型的能量转换装置，正逐渐引起人们的关注。
它基于热电效应，通过利用温度差产生电能，实现了能量的高效转换。
本文将从技术原理、发展前景和应用领域三个方面介绍半导体温差发电机。
我们来看一下半导体温差发电机的技术原理。
半导体材料具有热电效应，即在温度差的作用下，会产生电压差。
半导体温差发电机利用这一效应，通过将半导体材料组成的热电偶件置于高温和低温之间，形成温度差。
当温度差作用于热电偶件时，电荷在半导体材料中的移动会产生电流，从而实现能量的转换。
这种温差发电机具有简单、稳定、高效的特点，因此备受关注。
接下来，我们来探讨一下半导体温差发电机的发展前景。
随着能源需求的增加和环境问题的日益凸显，绿色能源的开发和利用成为了全球的共识。
而半导体温差发电机作为一种新兴的绿色能源转换技术，具有广阔的应用前景。
它可以利用太阳能、废热等多种热能资源，实现能量的回收和利用。
尤其在一些偏远地区或无电区域，半导体温差发电机可以成为一种便捷的电力供应方式。
因此，随着技术的不断进步和成本的降低，半导体温差发电机有望在未来得到广泛应用。
我们来看一下半导体温差发电机的应用领域。
由于半导体温差发电机具有体积小、重量轻、可靠性高的特点，它可以广泛应用于各个领域。
在航天领域，半导体温差发电机可以用于卫星和航天器的能量供应，解决电力不足的问题。
在工业领域，半导体温差发电机可以用于废热回收，提高能源利用效率。
在家庭领域，半导体温差发电机可以应用于智能家居设备，提供可持续的电力支持。
此外，半导体温差发电机还可以应用于电子设备、汽车等领域，为各种设备提供电力支持。
半导体温差发电机作为一种新型的能量转换装置，具有广阔的发展前景和应用领域。
它通过利用半导体材料的热电效应，将温度差转化为电能，实现了能量的高效转换。
随着技术的不断发展和成本的降低，半导体温差发电机有望成为绿色能源领域的重要组成部分，为人类的可持续发展做出贡献。
废热半导体温差发电技术的研究与开发
废热半导体温差发电技术的研究与开发1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护的日益重视，可再生能源的利用成为了研究的热点。
废热半导体温差发电技术作为一种能够将低品位热能直接转换为电能的新型能源转换技术，受到了广泛关注。
本文旨在研究和开发废热半导体温差发电技术，以实现高效、环保的能源利用。
本文将介绍废热半导体温差发电技术的基本原理和特点，包括热电效应、温差发电器的结构和工作原理等。
本文将分析废热半导体温差发电技术的关键影响因素，如热电材料的性能、温差发电器的结构设计等，并探讨如何优化这些因素以提高发电效率。
接着，本文将介绍废热半导体温差发电技术的应用领域，包括工业废热回收、汽车尾气余热利用、太阳能热发电等。
通过实际案例分析，本文将展示废热半导体温差发电技术在各个领域的应用潜力和优势。
2. 废热半导体温差发电技术原理废热半导体温差发电技术是一种利用热能差异转化为电能的技术。
其核心原理基于热电效应，特别是塞贝克效应（Seebeck Effect）和珀尔帖效应（Peltier Effect）。
这种技术主要利用了半导体材料在温度梯度下产生的电势差，从而实现了热能到电能的转换。
塞贝克效应是指当两种不同的导体或半导体连接成一个闭合回路，如果两个接点的温度不同，则回路中就会产生电流。
废热半导体温差发电系统利用这一效应，通过将高温热源和低温热源分别连接到半导体材料的两端，形成温度梯度，从而在材料中激发电子运动，产生电势差和电流。
半导体材料的选择对于温差发电效率至关重要。
理想的半导体材料应具备高塞贝克系数、高热稳定性和良好的电导率。
同时，为了优化系统性能，还需要对材料的微观结构、载流子浓度和能带结构进行精确调控。
除了半导体材料的选择，温差发电系统的热设计和热管理也是关键。
有效的热设计能够确保热量在系统中高效传递，降低热损失，提高温差发电效率。
热管理技术还能够防止系统过热，保证系统稳定可靠运行。
废热半导体温差发电技术不仅适用于大型工业废热回收，还可以应用于汽车尾气、太阳能集热器等领域。
温差发电器的传热特性分析与实验研究
温差发电技术是一种可以直接将热能转换成电 能的能量转换技术， 具有无运动部件、 无噪音、 不使 用有害介质、 环境友好及寿命长等优点． 近年来， 随 以及具高 着能源需求和环境污染矛盾的日益加剧， 优值系数热电材料的成功开发， 温差发电技术逐渐 从军用向民用领域拓展， 在工业余热 / 废热、 太阳能、 地热能等低品位能源领域中的应用获得广泛的关注 和研究
表1 Table 1
热源 热流量 / W 10 20 30 40 50 R1 0． 417 3 0． 420 4 0． 417 6 0． 419 0 0． 422 3
t1 － t a （ th － tc ） Qc = R1 + + Rc （ 8） Qh Qh Qh t1 － t a （ t h － t c ） 其中， 和 被称为热源与环境 （ 或冷源 ） Qh Qh 总温差热负荷比和发电器热冷端温差热负荷比 ， 分 别记为 R Total 和 R TEG ． 因此， 式（ 8 ） 可改写为 Qc R Total = R1 + R TEG + R c ． Qh 忽略汤姆逊效应的影响， 且假设温差电组件材 料的物理性质不随温度而变化， 则温差电组件从热 端吸收和从冷端放出的热量为 Q h = αIt h +! （ t h － t c ） － 0. 5 I2 R （ 9） 2 Q c = αIt c +! （ t h － t c ） + 0 ． 5 I R （ 10 ） 其中： α、 ! 和 R 分别为塞贝克系数、 总导热系数和 ! n An ! p Ap ； I 为工作电流． + 电阻， ! =m Ln Lp
2 p 型电臂的热导率（ W·m － 1 ·K － 1 ） 、 横截面积 （ m ）
半导体温差发电
半导体温差发电
半导体温差发电（或称温差电池）是一种能够将温差能转化为电能的技术。
它利用半导体材料的特性，在两个不同温度的热源之间形成温差，从而产生电能。
具体来说，半导体温差发电器件通常由两个不同的半导体材料构成。
其中一个材料被加热，另一个材料被冷却。
由于半导体材料的特性，两个材料之间会形成由电荷搬运而产生的电势差。
这个电势差可以被接在外部电路上，形成电能输出。
相比于传统的热电发电技术，半导体温差发电有以下几个优点：体积小、效率高、响应速度快、寿命长。
它可以应用于各种场合，如碳化物炉、节能采暖、太阳能发电、核能发电等。
值得注意的是，目前半导体温差发电的效率还比较低，研究人员正在努力探索新的材料和技术以提高效率。
温差发电实验报告
温差发电实验报告摘要。
本实验旨在通过利用温差发电原理，探究温差对发电效果的影响。
在实验中，我们使用了热电偶和热电转换模块，通过制造温差，观察了发电效果。
实验结果表明，温差对发电效果有着显著的影响，温差越大，发电效果越好。
这为利用温差发电提供了重要的实验数据支持。
引言。
温差发电是一种利用温差产生电能的技术。
在自然界中，存在着许多温差，比如昼夜温差、地表和地下温差等。
利用这些温差进行发电，可以为人类提供清洁、可再生的能源。
因此，研究温差对发电效果的影响，对于推动温差发电技术的发展具有重要意义。
材料与方法。
1. 实验材料，热电偶、热电转换模块、温度计、电压表、温差制造装置。
2. 实验步骤：a. 将热电偶和热电转换模块连接好，并接入电压表。
b. 利用温差制造装置，在热电偶的两侧制造不同的温差。
c. 观察并记录电压表的读数。
d. 改变温差的大小，重复步骤c，记录数据。
e. 对数据进行分析，得出结论。
结果与讨论。
通过实验数据的统计分析，我们得到了以下结果：1. 温差越大，热电转换模块产生的电压越高。
2. 当温差达到一定程度后，电压的增长趋势趋于平缓。
3. 在相同温差条件下，不同热电转换模块的发电效果存在差异。
根据以上结果，我们得出了以下结论：1. 温差对发电效果有着显著的影响，温差越大，发电效果越好。
2. 在一定范围内，温差增大可以显著提高发电效果，但当温差超过一定值后，发电效果的增长趋势趋于平缓。
3. 热电转换模块的性能对发电效果也有一定影响，不同模块的发电效果存在差异。
结论。
本实验通过对温差发电效果的研究，得出了温差对发电效果的显著影响，以及温差增大对发电效果的提高趋势。
这为利用温差发电提供了重要的实验数据支持。
未来，我们可以进一步研究不同材料和结构的热电转换模块，以提高温差发电技术的效率和稳定性。
同时，也可以探索更多的温差利用方式，为温差发电技术的应用提供更多可能性。
半导体温差发电系统实验研究及其应用
半导体温差发电系统实验研究及其应用废热是一种重要的能量来源,随着能源危机的日益严重,废热的回收利用日益成为了研究者关注的重点。
根据美国能源部的报告,美国每年工业废热损失的能源相当于500万美国人一年的能源使用量,全球每年处理废热更是要耗费近百亿美元。
半导体温差发电是一种绿色能源技术,是一种新型的发电方式。
它具有无污染、无噪音、结构紧凑、免维护等很多优势。
利用半导体温差发电技术对生活废热或汽车尾气进行能源回收利用并提高能源利用效率,许多国际知名的企业已经走在了研究的前沿。
这种发电机可将生活废热或汽车尾气中的热能转化成电能,节省能源、提高利用效率的同时可降低有害排放,是未来可回收能源技术升级的一个重要方向。
本文结合欧盟新能源项目的规划与资助,以增强我国在温差发电领域的研发与应用能力为宗旨,在提出了一种新的家用温差热电同时供电供热系统,并通过实验验证了其可行性的同时,结合国外先进汽车制造企业有限公开的资料与数据,又进一步提出了一种新的对利用汽车尾气废热进行回收利用的温差发电装置,并采用理论模拟计算与实验研究相结合的方法,对该温差发电系统进行了详细的测试与验证。
首先,建立了单级温差发电和两级温差发电的有限时间热力学模型,并确定了理论分析与实验验证中所要考察的反应温差发电系统性能的主要参数。
与实验数据对比验证模型的合理性后,该温差发电系统有限时间热力学模型可用于性能提高与优化的仿真与计算。
其次,对尾气换热情况进行了计算,其计算结果表明适当的强化传热手段,如在管内增加翅片,是必要的。
在对几种不同类型翅片进行模拟的基础上,选择了锯齿翅片。
接着,针对不同导热油厚度,对安装于汽车尾气管外部的温差发电装置温度场分布进行了模拟,并根据模拟结果,确定了最合适的导热油厚度,进而最后确定装置的外部尺寸。
然后,作为进一步提升系统性能的主要研究方向,将热管引入到了两级温差发电装置中。
并针对汽车尾气的参数设定,对其进行了设计计算与验证计算。
半导体温差发电转换效率研究
- 108 -第4期2021年2月No.4February，20210 引言半导体温差发电利用了塞贝克效应（Seebeck Effect ）直接将热能转换为电能，在发电时无须先将热能转化为机械能再由机械能转化为电能的间接转换过程，整个发电装置没有活动的机械部分，只要半导体PN 结两端存在温度差就能输出电能，具有无噪音、维护成本低、长寿命等优点，逐渐受到人们的重视[1-5]。
通过选择合适的半导体材料种类，半导体温差发电单元可以在很宽的温度范围内（300K~ 1 400K ）实现热能到电能的直接转换。
但由不同半导体材料和装置结构组成的温差发电组件，在相同的温差场条件下，发电组件的输出功率、输出电压、输出电流、稳定性等组件性能参数都存在着较大差异。
因此，优化半导体温差发电组件，提高温差发电组件热电转换效率，探究如何发挥热电组件性能有着重要的现实意义[3-5]。
本文将以半导体温差发电原理为基础，从理论上推导温差发电效率公式并分析其影响因素，最后进行实验探究与验证。
1 半导体温差发电原理塞贝克效应的实质在于两种金属或半导体材料接触时产生了接触电势差，半导体的接触电势差远大于金属导体，因此温差发电的电动势单元一般采用半导体材料制成。
如图1所示，半导体单元从温度为高温热源处吸热，其中部分热量转换为电能向负载输出，另一部分热量向温度为低温热源排放。
在此过程中产生的温差电动势可由（1）式确定。
∆U =αp ,n (T 1－T 2) （1）其中αp ,n 为由半导体材料性质所决定的相对塞贝克系数。
高温端的吸热和低温端的放热可由（2）式描述[3]。
' ' 21,1022,201212p n p nQ IT λT I r Q IT λT I r°°®°°¯αα （2）基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目；项目名称：影响半导体温差发电输出特性的关键因素研究；项目编号：201910649024。
半导体温差发电技术应用及研究综述
半导体温差发电技术应用及研究综述下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!1. 引言近年来，随着能源危机日益严重，绿色环保能源技术备受关注。
半导体温差发电器件
半导体温差发电器件是一种利用半导体温差电效应将热能转换成电能的能量转换器件。
这种器件的基本原理是，当两种不同金属连接起来并通以电流时，一接头吸热，另一接头放热，这就是珀耳帖效应。
半导体温差发电器件具有体积小、重量轻、无噪声、无污染等特点，并且可以利用各种能源，包括固、液、气态燃料，太阳能、核能、地热，以及各种设备的废热、余热等。
因此，这种器件特别适用于军事、勘探和边远地区等的小功率发电和星际航行。
此外，半导体温差发电器件还可以作为信息转换的能量转换器件，如传感器、光电器件等。
在半导体温差发电器件的应用中，需要选择适当的材料和结构来最大化能量转换效率。
例如，导热块可以采用导热性能良好的紫铜块，并在其上涂上导热性好的硅脂，以保证半导体温差模块和导热铜块能良好的热接触。
半导体温差发电器件可以采用厦门纳米克热电电子有限公司生产的半导体温差发电模块，其具有126对PN节，基本参数如温度、电压等可以通过传感器进行监测。
为了使测点所在温度值尽可能的接近该表面的温度，可以在铜块和散热器接近表面开两个小孔。
此外，为了调节冷端的温度，可以采用12VDC 的CPU风扇，通过控制风扇的转速来调节冷端的温度。
以上信息仅供参考，如需获取更多关于半导体温差发电器件的信息，建议咨询专业人士或者查阅相关文献资料。
一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法与流程
一种耐高温半导体温差发电器件及制作方法与流程
一种耐高温半导体温差发电器件是指能够在高温环境下利用温差产生电能的半导体材料制造的发电器件。
以下是一种可能的制作方法和流程：
1. 材料准备：选择适合高温环境的耐高温半导体材料，如碳化硅（SiC）或氮化硼（BN）。
准备金属连接器、绝缘材料和其他所需辅助材料。
2. 材料切割和研磨：将半导体材料切割成适当尺寸的片状，使用研磨机对材料进行平整和抛光，以确保表面光洁度。
3. 温差片制作：将两个不同温度环境下的半导体材料片堆叠在一起，以形成热电堆。
在两片材料之间应使用高温耐受的绝缘材料隔离。
4. 金属连接：用金属连接器将两片材料连接起来，以确保电流能够在温差片内部流动，并将电能从温差片导出。
5. 封装：将温差片和连接器封装到适当的高温耐受壳体中，以保护器件免受外界影响。
6. 测试和性能评估：进行电性能测试和性能评估，包括温差发电效率、输出电流和电压等。
值得注意的是，具体的制作方法和流程可能因具体的耐高温半导体材料类型和所需的器件性能而有所变化。
此外，制作过程
中需要考虑安全性和稳定性，并严格遵循相关的制造标准和规范。
高中物理：实验二十九半导体温差发电片的特性研究
实验二十九半导体温差发电片的特性研究实验器材
朗威DISLab数据采集器、温度传感器、电压传感器、朗威DISLab温差发电实验器、计算机。
实验装置
如图29-1。
实验操作
1．将电压传感器和两只温度传感器与温差发电实验器连接后分别接入数据采集器一、二、三通道。
2．点击教材专用软件主界面上的实验条目“半导体温差发电片的特性研究”，打开该软件。
3．点击“开始记录”，对传感器进行软件调零，向温差发电实验器水槽内分别注入热水和冷水，点击“记录数据”，系统自动记录下冷水与热水的温度差及实验器产生的电动势（图29-2）。
4．点击“绘图”，观察U-Δt图像，总结半导体温差发电片产生的电动势与温度差的关系（图29-3）。
图29-1 实验装置图
图29-2 记录数据图29-3 U-Δt图像。
温差发电实验报告
温差发电实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过模拟温差发电原理，探究温差发电的基本原理和实验方法，以及了解温差发电在实际应用中的潜在价值。
二、实验原理。
温差发电是利用温度差异产生电能的一种技术。
在温差发电装置中，两个不同温度的介质之间存在温差，通过热电材料可以将温差转化为电能。
热电材料的特性是当两端温差时，会产生电压差，从而产生电流。
三、实验材料。
1. Peltier芯片。
2. 铜片。
3. 铁片。
4. 电压表。
5. 热电偶。
6. 直流电源。
四、实验步骤。
1. 将Peltier芯片夹在两块金属片（铜片和铁片）之间，形成热端和冷端。
2. 将热电偶分别接触金属片的热端和冷端，并连接到电压表上。
3. 通过直流电源给Peltier芯片通电，使热端和冷端产生温差。
4. 观察电压表的读数，记录下温差发电产生的电压值。
五、实验结果与分析。
经过实验我们发现，当Peltier芯片的热端和冷端产生温差时，电压表显示出了一定的电压值。
这说明温差发电技术可以将温差转化为电能。
而且我们还发现，温差越大，产生的电压值也越大，这进一步验证了温差发电的原理。
因此，温差发电技术具有很大的应用潜力，可以在一些需要利用温差能源的场合得到应用。
六、实验结论。
通过本次实验，我们验证了温差发电的基本原理，了解了温差发电的实验方法，并对温差发电在实际应用中的潜在价值有了更深入的了解。
温差发电技术的发展将为人类利用环境中的能源提供新的途径，具有重要的意义。
七、实验注意事项。
1. 在实验过程中要小心操作，避免触电或烫伤。
2. 实验结束后要及时断开电源，避免发生意外事故。
3. 实验材料要妥善保存，以便下次实验使用。
总之，温差发电实验是一项具有科学性和实用性的实验，通过这一实验我们更加深入地了解了温差发电技术的原理和应用，为今后的科研工作和实际应用提供了重要的参考。
温差发电实验报告
温差发电实验报告
实验目的：
通过温差发电实验了解热电效应，并探究何种材料适合用于温差发电。
实验原理：
热电效应是指在两种不同材料之间，当它们各自处于不同温度时，就会产生电势差。
这种原理被应用于制造温差发电器，也被称作“热电堆”。
当热电堆的两端分别与不同温度的热源相连后，就能产生电流。
实验步骤：
1. 准备所需器材和材料：铜片、铁片、温度计、LED灯、导线等。
2. 利用钳子和锤子将铜片和铁片切割成适当大小的长方形，并将它们分别粘在纸板上。
3. 在室温下，将热电堆的一端放在火上，另一端放在室温下，观察LED灯的亮度和温度计的读数。
4. 将热电堆的位置调整到室温下，然后将另一个端口放在热水中，观察LED灯的亮度和温度计的读数。
5. 将LED灯插入电路中，观察温差发电器产生的电流大小和方向。
实验结果：
在火炉热上和室温下使用铜和铁材料制成的热电堆，LED灯的亮度非常微弱，说明铜和铁材料并不适合用于温差发电。
而在室温下和热水中使用硫化铵作为材料制成的热电堆，LED 灯的亮度非常强，电路也能够产生较大的电流。
由此可知，硫化铵是一种适合用于温差发电的材料。
实验结论：
热电效应被应用于制造温差发电器时，需要注意选用合适的材料。
从实验结果中可知，硫化铵是一种适合用于温差发电的材料，而铜和铁则不适合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图１温差发电原理（塞贝克效应）Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒ（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）半导体温差发电器发电电气特性试验研究姜涛１，张俐１＊，李艳军１，郑爽２，欧阳斌林１（１．东北农业大学工程学院，哈尔滨１５００３０；２．黑龙江科技学院电气与信息工程学院，哈尔滨１５００２７）摘要：文章根据塞贝克效应（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）、珀尔帖效应（Ｐｅｌｔｉｅｒｅｆｆｅｃｔ）、汤姆逊效应（Ｔｈｏｍｓｏｎｅｆｆｅｃｔ）原理，制作了半导体温差发电器系统，通过试验测试获得了在不同温度等级下的电气特性。
结果表明，开路电压和负载电压随温度升高呈线性上升趋势。
当温度一定时，电流随负载变化呈几何对数增长，并找到了电压越低输出功率越大的功率特性。
关键词：半导体温差发电器；温差发电；电气特性中图分类号：ＴＮ３７７文献标识码：Ａ收稿日期：２００７－０３－０９基金项目：东北农业大学大学生科技创新项目（２００６０７０１）作者简介：姜涛（１９８４－），男，黑龙江人，研究方向为电气化与自动化及农业物料物理性质。
＊通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｚｌｑ０７２４＠１２６．ｃｏｍ半导体发电技术是利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置，并产生电能的一门技术。
具有设备简单，操作方便，不依赖燃料和放射性同位素等，仅靠温度差便可发电而获取能量；且无需机械驱动，具有无零件损耗和劣化、无噪音、无污染、无磨损、重量轻、使用寿命长等特点。
已经成为国际上新能源的研究前沿，被公认为继太阳能发电和风力发电之后的第三种清洁能源发电方式［１］。
但因热电能量转换效率和成本的限制，温差发电技术主要应用于航天等军事领域［２－３］。
随着高性能热电转换材料的研究开发，该技术将在其他领域得到广泛应用。
国外发达国家已开展了相关的研究，特别是日本，已经将温差发电技术作为一种能源进行开发利用，在热电陶瓷转换材料方面，处于世界领先地位。
我国对温差发电技术的研究才刚刚起步，在技术和产品自主创新方面还是空白。
尤其是如何在已有研究的基础上有效利用能源，达到最大功率的发电效果，使系统长期可靠运行等方面，则是半导体发电器发电向实际应用转化所亟待解决的技术难题。
１原理及理论分析１．１原理半导体发电器（ＴＥ）也叫热电制冷片，是一种热泵，是应用塞贝克效应而直接将热能转化为电能的装置，主要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。
温差发电原理（塞贝克效应）如图１所示。
Ａ、Ｂ是两种不同导体连接在一起构成的回路，如果两个结点所处的温度不同（Ｔ１和Ｔ２不等）回路中就会有电动势产生。
这就是塞贝克效应，是温差发电技术的理论基础。
当结点间的温度差在一定范围内，存在如下关系：!Ｕ＝!ＡＢ（Ｔ２－Ｔ１）＝!ＡＢΔＴ式中，"Ｕ为回路产生的电动势；!ＡＢ为两种导体材料的相对塞贝克系数，取决于两种导体材料的性质和温度；Ｔ２为结点２处的温度；Ｔ１为结点１处的温度；ΔＴ为两结点的温差。
由珀尔帖和汤姆逊效应可以知道，在等温条件ＡＴ１Ｔ２ＪＪＢ（１）第３９卷第４期东北农业大学学报３９（４）：８６￣８９２００８年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｐｒｉｌ２００８文章编号１００５－９３６９（２００８）０４－００８６－０４下，当电流通过两种不同导体构成的回路时，在一个接头处吸收热量，在另一接头处放热。
如果将电流反向，则两个接头的吸放热现象也随之相反。
如果在导体各处的温度不同，则当电流沿某方向通过时，在导体中有焦耳热和传导热，焦耳热的一半传到冷端，另一半传到热端，传导热从热端传到冷端。
利用冷热端的能量差，实现能量的转换。
一般采用单个半导体发电器来研究发电的物理特性和电气特性规律，其能够排除其他发电器对单个发电器的影响，从而能更加精确地研究和掌握半导体发电器发电的基本特性；由于单个半导体发电器结构（见图２）相对于多个半导体发电器结构来说比较简单，并且易于调节某些变量，为系统地研究这些基本规律提供可能。
１．２理论分析根据塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应可知［４］：Ｕ＝!ΔＴＱ!＝!Ｉ!＝!ＴＩＱ#＝#ＩΔＴ式中，!为塞贝克系数（!Ｖ／℃）；ΔＴ为接触点间的温差；Ｕ为温差电动势；Ｑ为放热或吸热功率；Ｔ为冷接触点温度；!为珀尔帖系数（比例系数）；Ｑ#为放热或吸热功率；#为汤姆逊系数；Ｉ为工作电流。
由塞贝克效应可知，当两种不同的导体相连接时，如果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，如公式（２）。
在公式（２）两侧同时乘以电流Ｉ得：ＵＩ＝!ＩΔＴ将汤姆逊效应公式（４）代入（５）得：Ｐ＝!#Ｑ#式中，Ｐ为输出电功率（Ｐ＝ＵＩ）；!#为热转换效率。
假设电压保持不变得：ＵＩ＝!#Ｑ#公式整理得：１Ｑ#ＵＩ＝!#由公式（８）可以看出，转换效率!#与电流Ｉ成正比，电流增加，!#也随之增加，转换效率就会提高。
所以说提高电流，就可以提高转换效率。
２试验２．１试验装置本试验的试验装置见图３。
半导体发电器有１２７对ＰＮ结，其外形尺寸为４０ｍｍ×４０ｍｍ×５ｍｍ，具有一定的耐高温特性。
温度控制端采用ＰＴＣ陶瓷材料作为发热源，ＰＴＣ控制调节电路为自行设计，它可以实现一定的温度控制。
２．２试验方法本试验使用Ｐ型和Ｎ型结合的半导体元件发电。
将器件的一侧维持在低温，另一侧维持在高温，器件的高温侧向低温侧传导热能并产生热流，当热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内产生电势而转化成电能。
采用连接多个这样低温源电流高温源热流高温源Ｐ型半导体Ｎ型半导体外部负载图２半导体温差发电器结构Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｇｅｎｅｒａｔｏｒ（２）（３）（４）（５）（６）（７）（８）低温端高温端半导体发电器循环器循环器负载ＡＶ温度调节电路低温发生器温度调节电路高温发生器图３试验装置Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｔｅｓｔｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ姜涛等：半导体温差发电器发电电气特性试验研究第４期・８７・的元件便获取了较多的电能。
试验采用调节热端、冷端ＰＴＣ功率来进行温差的调节，通过两端温度的变化，使半导体发电器输出功率的不同，获取其功率特性。
通过对各点的温度监测，实现控制调节温度的变化。
３结果与分析３．１开路电压随温度变化试验测试不同温度等级下的开路电压数据，得到７组开路电压变化曲线（见图４），可以看出７组全部呈线性增长的变化趋势。
３．２负载电压与电流随负载的变化在同一温差下，滑动变阻器的阻值由１００Ω调到２Ω，改变输出电流，得到负载电压和电流随负载变化数据，通过功率计算公式：Ｗ＝Ｕ・Ｉ得出如图５、６所示的伏安特性曲线和负载电流与输出功率的关系曲线。
可以看出，在同一温差下，电压减小而电流增加；在温差不变的情况下，负载变大，发电器发出的功率就变大。
３．３负载功率与温度的变化固定负载电阻为１００Ω时，冷端温度固定在３５℃，分析负载温差与功率变化的关系，如图７所示。
由曲线可以看出，温度与负载功率趋于线性变化规律；负载电阻为１００Ω时，负载的功率输出随冷热端温度的增加而呈线性上升趋势。
图４热端温度与开路电压的关系Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ第一组Ｔｈｅｆｉｒｓｔｇｒｏｕｐ第二组Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｒｏｕｐ第三组Ｔｈｅｔｈｉｒｄｇｒｏｕｐ第四组Ｔｈｅｆｏｕｒｔｈｇｒｏｕｐ第五组Ｔｈｅｆｉｆｔｈｇｒｏｕｐ第六组Ｔｈｅｓｉｘｔｈｇｒｏｕｐ第七组Ｔｈｅｓｅｖｅｎｔｈｇｒｏｕｐ◆■▲×$●＋●●●●●●●●●＋×$$$$$$$$$▲▲▲▲▲▲＋＋＋＋＋＋＋＋◆◆◆◆◆◆◆◆◆××××××××▲▲▲■■■■■■■■■开路电压（Ｖ）Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ２．５２．０１．５１．００．５０５５６０６５７０７５８０８５９０９５热端温度（℃）Ｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ输出电压（Ｖ）Ｖｏｌｔａｇｅｏｕｔｐｕｔ２．５２．０１．５１．００．５０◆◆◆◆◆◆◆◆２１２７３６５１８５１３７１８９２５５输出电流（ｍＡ）Ｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ图５伏安特性曲线Ｆｉｇ．５ＴｈｅＶ－Ａｃｈａｒａｃｔｅｒｃｕｒｖｅ图６电流与输出功率的关系曲线Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｃｕｒｖｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ◆◆◆◆◆◆◆◆２１２７３６５１８５１３７１８９２５５输出功率（Ｐ）Ｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ４５０４００３５０３００２５０２００１５０１００５００输出电流（ｍＡ）Ｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ第一组Ｔｈｅｆｉｒｓｔｇｒｏｕｐ第三组Ｔｈｅｔｈｉｒｄｇｒｏｕｐ◆▲４０３５３０２５２０１５１０５０◆◆◆◆◆◆◆◆◆■■■■■■■■■▲▲▲▲▲▲▲▲▲×××××××××热端温度（℃）Ｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ５５６０６５７０７５８０８５９０９５负载输出功率（Ｐ）Ｌｏａｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ图７热端温度与负载功率输出的关系Ｆｉｇ．７Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｈｏｔｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｌｏａｄｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ■×第二组Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄｇｒｏｕｐ第四组Ｔｈｅｆｏｕｒｔｈｇｒｏｕｐ・８８・东北农业大学学报第３９卷４结论根据塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应原理，制作了半导体温差发电器系统，通过试验测试获得了在不同温度下的电气特性。
半导体温差发电器发电电气特性试验结果表明：在开路电压状态下，温差每增加１度，开路电压就增加０．０３５１Ｖ。
在负载一定情况下，随温差的变化，负载电压和负载电阻具有一定的Ｖ－Ａ输出特性关系。
在同一温差下，电压减小而电流增加；在温差不变的情况下，负载变大，发电器发出的功率就变大。
由伏安特性曲线可以看出，电压与电流成反比关系。
在固定负载的情况下，热端温度与负载功率输出基本呈线性规律。
从曲线中可以看出，在温差为７０℃时，随着电流的增加，功率有明显的增加，近似于指数增长。
因此，在实际发电中，适当降低发电系统的输入电阻，提高输出电流就可以得到较高的输出功率。
温差发电是获取能量的一种新方法，在实际应用中如何有效利用能源，达到最大功率的发电效果，使系统长期可靠运行，需要在实践中不断试验和探索。
通过半导体温差发电器发电电气特性试验，能够掌握半导体发电器发电的基本特性。