半导体制冷技术

通过直流电制冷的一种新型制冷方法
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半导体制冷技术也称为热电制冷技术，利用的是温差电效应（Peltier效应）。它的优点是不需要任何制冷剂，可实现高精度的温度控制，适合应用在一些空间受到限制，无制冷剂污染的场合。但半导体制冷技术的制冷效率一般不高，单个半导体制冷元件的功率很小，只能稍微降低系统的温度。要使用半导体制冷技术实现大功率的散热效果，需大量的半导体制冷元件对组合成电堆，因而有成本较高，体积较大等缺点。[1]

历史沿革

1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接头变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为"帕尔帖效应"。"帕尔帖效应"的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。[2]
所以，"半导体制冷"的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。但当时由于使用的金属材料的热电性能较差，能量转换的效率很低，热电效应没有得到实质应用。[2]
直到20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1945年前发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的致冷效果。这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差致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致冷材料的优值系数，达到相当水平，才得到大规模的应用。80年代以后，半导体的热电制冷的性能得到大幅度的提高，进一步开发热电制冷的应用领域。