熱電能源轉換元件之製程技術

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

103126303

專利證號

I 560916

專利獲證名稱

熱電能源轉換元件之製程技術

專利所屬機關 (申請機關)

國立清華大學

獲證日期

2016/12/01

技術說明

面對全球初級能源日漸耗竭且溫室效應日趨嚴重，再生能源的開發及運用成為日益重視之議題，然而熱電轉換技術係將初始能源的熱能轉換成更具利用價值的電能，在轉換過程中因無可動部件，所以不會產生噪音，且並無其他副產物之生成，是符合環保概念之綠色能源。 隨著奈米科技的發展及諸多學者投入研發，使著熱電能源轉換元件之相關研究已逐漸成為顯學，但目前因受限於熱電材料的限制，使著其轉換效率並不高。其中熱電能源轉換元件係以熱電優值(Thermoelectric figure of merit)為評估準則，增加熱電材料的導電率σ，或增加材料的席貝克係數S，或降低結構的熱傳導係數k，皆能提升元件的熱電優值，進而增強熱電轉換效率。但上述三個參數並非各自獨立，無法固定其中之一項而不涉及其他項，因而熱電優質無法無限制的提升。 此外，習知技藝中亦有以半導體材料為基材再摻雜若干比例或種類之稀土元素用來調整半導體材料中的有效電子濃度，藉由提升導電率σ以進而提升熱電優值ZT，然而利用摻雜稀土元素以改變導電性仍有技術瓶頸，例如：第一、稀土元素取得不易且價格昂貴；第二、摻雜均勻性不易控制；第三、製程繁瑣…等問題，使著目前之熱電轉換元件並不普及。 鑑於習知之問題，本發明之目的係提出一種熱電能源轉換元件之製程，係利用半導體製程技術以建構出奈微米尺度之熱電能源轉換元件。藉由改變元件之形狀與粗糙程度，可以在不影響熱電材料之導電率的情形下，增加熱載子於元件中的散射機率，元件的冷端與熱端則可以維持高的溫度差，並降低元件的熱傳導係數。因此可以大幅以提升熱電能源轉換元件之熱電優值。 本發明所提出之熱電能源轉換元件的製程技術，由於係利用半導體製程技術所製備出來，可簡化習知熱電能源轉換元件製程繁瑣之問題，並適合整合於一般半導體積體電路元件之中，且易於大量生產。 基於上述之目的，本發明提供一種熱電能源轉換元件之製程技術，其步驟如下：a) 利用製程技術於基板表面上製作出奈米或微米等級之粗糙度，且至少具兩維度變化之微結構；b) 於粗糙之基板上沉積熱電材料，以形成具有奈米或微米等級粗糙度，且至少具兩維度變化之元件。奈微米尺度之元件與其粗糙度，能有效降低元件之熱傳導係數，進而提升元件的熱電優質；c) 於元件之兩端分別製作接觸電極，係供元件將熱能轉換出來的電能導引出來使用。 The present invention provides a manufacturing process of the thermoelectric conversion element, wherein the system using semiconductor process technology to the construction of the thermoelectric conversion element nanoscale thermoelectric effect to increase, and the use of different type and surface state of the sample to increase the thermoelectric conversion element thermoelectric figure of merit. Through the use of a specific thickness of deposition of nanostructures on a nanoscale roughening of the substrate cannot affect the conductivity of thermoelectric materials under, and also can improve the Seebeck coefficient and lower thermal conductivity in order to significantly enhance the thermoelectric figure of merit.

備註

本部(收文號1100028529)同意該校110年5月20日清智財字第1109003178號函申請終止維護專利(清大)

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智財技轉組

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