探究典型焊料对PbTe基半导体温差发电器的影响

发布时间：2020-09-26 19:10

　　 PbTe基半导体温差发电器能够将热能转换为电能,可以提高能源的利用率,还可以减少排放,改善我们的生存环境。PbTe温差发电器的可靠性在很大程度上取决于热电材料与电极连接的接头质量,特别是焊料合金的种类、质量以及应用的焊接技术等其他因素。接头的连接会随之产生接触电阻以及元素的扩散现象,分析PbTe与电极可靠的焊接方法对PbTe基温差发电器应用具有重要意义。本文首先采用放电等离子烧结的方法制备p型Na_(0.02)Pb_(0.98)Te和n型PbTe_(0.9988)I_(0.0012)热电材料,p型Na_(0.02)Pb_(0.98)Te材料的ZT值在500~oC时达到1.7,n型PbTe_(0.9988)I_(0.0012)材料的ZT值在450~oC时达到0.5。采用Sn_(64)Bi_(35)Ag_1作为低温端焊料实现PbTe与Cu的直接连接,分析其微观组织形貌,发现焊接界面有孔洞缺陷,机械性能较差。使用不同的焊接温度保温1 min来焊接镀镍的PbTe热电材料,研究焊接温度对接头界面微观组织形貌的影响,分析结果表明焊接温度高于220 ~o C,界面会产生裂纹,温度越高裂纹越明显,裂纹过多导致焊料逐渐碎裂脱落。160-190 ~oC的焊接温度下,能够实现p型Na_(0.02)Pb_(0.98)Te和n型PbTe_(0.9988)I_(0.0012)两种材料与Cu的连接。接头的界面结构分别为Cu/Cu_6Sn_5/SnTe+Sn-Bi/Ni/NiTe/Na_(0.02)Pb_(0.98)Te和Cu/Cu_6Sn_5/SnTe+Sn-Bi/Ni/NiTe/PbTe_(0.9988)I_(0.0012)。由于界面接触电阻越大温差发电器的转换效率和输出功率越低,160-190 ~o C焊接的界面接触电阻率相对较小,适用于焊接接头的制作。采用银浆焊料直接焊接PbTe与Cu时Ag元素会扩散和热电材料反应,银浆焊料焊接镀镍PbTe时Ni层阻挡Ag元素的扩散,避免Ag影响Na_(0.02)Pb_(0.98)Te和PbTe_(0.9988)I_(0.0012)偏离其原有掺杂。利用n型和p型热电材料制作成尺寸为2×2×1.78mm~3的热电臂,焊接制备温差发电器在温差为453.8 ~o C时,器件的输出功率为3.021 W,最大转换效率达到5.14%。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM913
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文两端达到稳定的电动势。1834 年，法国现象。实验表明当在两种不同的金属中。1834 年，帕尔贴使金属棒铋（Bi）和，当电流通过时金属接头处的水凝结成水。如图 1-2 所示，在一个电动势施加电流 I，与此同时在两个材料的两个接头用 Q 表示，即QItab 导体材料 A 和 B 的相对帕尔贴系数；中的电流；的时间。

如图 1-2 所示，在一个电动势施加流 I，与此同时在两个材料的两个接 Q 表示，即QItab 导体材料 A 和 B 的相对帕尔贴系数；中的电流；的时间。图 1-1 塞贝克效应

制冷和发电的理论。这个理论确定了三个数，分别为塞贝克系数（S）、电导率（电材料的塞贝克系数较大时会使材料有较小时会使热量集中在接头附近，当热电小。可以用一个统一的参数热电优值 Z热电原理相应的应用。在图 1-3（a）中左 p 型和 n 型半导体的两端分别提供温子也移动到低温端。利用导线将小灯泡相反的，但当前是一致的。在图 1-3（此过程中，该电路中没有供应的热源。小半导体流向 p 型半导体，空穴和电子都电子将热量从紫色的低温端一侧带到端将吸收环境中的热量，这些热量将在效果。

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本文编号：2827375