半導(dǎo)體制冷片(TE)也叫熱電制冷片，是一種熱泵，它的優(yōu)點(diǎn)是沒有滑動部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。

半導(dǎo)體制冷片的工作運(yùn)轉(zhuǎn)是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上實(shí)現(xiàn)制冷或加熱，這個效果的產(chǎn)生就是通過熱電的原理，以下的圖就是一個單片的制冷片，它由兩片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導(dǎo)體材料(碲化鉍)，這個半導(dǎo)體元件在電路上是用串聯(lián)形式連結(jié)組成。

半導(dǎo)體制冷片的工作原理

當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸熱和放熱的大小是通過電流的大小以及半導(dǎo)體材料N、P的元件對數(shù)來決定，以下三點(diǎn)是熱電制冷的溫差電效應(yīng)。

1、 塞貝克效應(yīng)(SEEBECK EFFECT)

一八二二年德國人塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時，如兩個連接點(diǎn)保持不同的溫差，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個溫差電動勢： ES=S.△T

式中：ES為溫差電動勢

S(?)為溫差電動勢率(塞貝克系數(shù))

△T為接點(diǎn)之間的溫差

2、 珀?duì)柼?yīng)(PELTIER EFFECT)

一八三四年法國人珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時，接點(diǎn)處會產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。

Qл=л.I л=aTc

式中：Qπ 為放熱或吸熱功率

π為比例系數(shù)，稱為珀?duì)柼禂?shù)

I為工作電流

a為溫差電動勢率

Tc為冷接點(diǎn)溫度

3、 湯姆遜效應(yīng) (THOMSON EFFECT)

當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為：

Qτ=τ.I.△T

Qτ為放熱或吸熱功率

τ為湯姆遜系數(shù)

I為工作電流

△T為溫度梯度

以上的理論直到本世紀(jì)五十年代，蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士對半導(dǎo)體進(jìn)行了大量研究，于一九五四年發(fā)表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的制冷效果，這是最早的也是最重要的熱電半導(dǎo)體材料，至今還是溫差制冷中半導(dǎo)體材料的一種主要成份。

約飛的理論得到實(shí)踐應(yīng)用后，有眾多的學(xué)者進(jìn)行研究到六十年代半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)，才達(dá)到相當(dāng)水平，得到大規(guī)模的應(yīng)用，也就是我們現(xiàn)在的半導(dǎo)體制冷片件。

中國在半導(dǎo)體制冷技術(shù)開始于50年代末60年代初，當(dāng)時在國際上也是比較早的研究單位之一，60年代中期，半導(dǎo)體材料的性能達(dá)到了國際水平，60年代末至80年代初是我國半導(dǎo)體制冷片技術(shù)發(fā)展的一個臺階。在此期間，一方面半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)提高，另一方面拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所投入了大量的人力和物力，獲得了半導(dǎo)體制冷片，因而才有了現(xiàn)在的半導(dǎo)體制冷片的生產(chǎn)及其兩次產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。

制冷片的技術(shù)應(yīng)用

半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

1、不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。

2、半導(dǎo)體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠(yuǎn)大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。

3、半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。

4、 半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。

5、 半導(dǎo)體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電，半導(dǎo)體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。

6、半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

7、 半導(dǎo)體制冷片的溫差范圍，從正溫到負(fù)溫度都可以實(shí)現(xiàn)。

通過以上分析，半導(dǎo)體溫差電片件應(yīng)用范圍有：制冷、加熱、發(fā)電，制冷和加熱應(yīng)用比較普遍，有以下幾個方面：

1、 軍事方面：導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線探測、導(dǎo)行系統(tǒng)。

2、 醫(yī)療方面;冷力、冷合、白內(nèi)障摘除片、血液分析儀等。

3、 實(shí)驗(yàn)室裝置方面：冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)儀片。

4、 專用裝置方面：石油產(chǎn)品低溫測試儀、生化產(chǎn)品低溫測試儀、細(xì)菌培養(yǎng)箱、恒溫顯影槽、電腦等。

5、 日常生活方面：空調(diào)、冷熱兩用箱、飲水機(jī)、電子信箱等。此外，還有其它方面的應(yīng)用，這里就不一一提了。

半導(dǎo)體制冷片的散熱方式

半導(dǎo)體制冷片件的散熱是一門專業(yè)技術(shù)，也是半導(dǎo)體制冷片件能否長期運(yùn)行的基礎(chǔ)。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導(dǎo)體制冷片的幾種散熱方式：

1、 自然散熱。

采用導(dǎo)熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱片，在靜止的空氣中自由的散發(fā)熱量，使用方便，缺點(diǎn)是體積太大。

2、 充液散熱。

用較好的散熱材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫。缺點(diǎn)是用水不方便，浪廢太大，優(yōu)點(diǎn)是體積小，散熱效果最好。

3、 強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。

工作氣氛為流動空氣，散熱片所用的材料和自然散熱片相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點(diǎn)是增加一個風(fēng)機(jī)出現(xiàn)噪音。

4、 真空潛熱散熱。

最常用的就是“熱管”散熱片，它是利用蒸發(fā)潛熱快速傳遞熱容量。