半導體制冷系統工作原理

半導體制冷的原理：

半導體制冷器是利用半導體的熱電效應制取冷量的器件，用導體連接兩塊不同的金屬，接通直流電，則一個接點處温度降低，另一個接點處温度升高。

若將電源反接，則接點處的温度相反變化。這一現象稱為珀耳帖效應，又稱熱-電效應。純金屬的熱電效應很小，若用一個N型半導體和一個P型半導體代替金屬，效應就大得多。接通電源後，上接點附近產生電子空穴對，內能減小，温度降低，向外界吸熱，稱為冷端。另一端因電子空穴對複合，內能增加，温度升高，並向環境放熱，稱為熱端。一對半導體熱電元件所產生的温差和冷量都很小，實用的半導體制冷器是由很多對熱電元件經並聯、串聯組合而成，也稱熱電堆。單級熱電堆可得到大約60℃的温差，即冷端温度可達-10～-20℃。增加熱電堆級數即可使兩端的温差加大。但級數不宜過多，一般為2～3級。

半導體制冷器具有無噪聲、無振動、不需製冷劑、體積小、重量輕等特點，且工作可靠，操作簡便，易於進行冷量調節。但它的製冷係數較小，電耗量相對較大，故它主要用於耗冷量小和佔地空間小的場合，如電子設備和無線電通信設備中某些元件的冷卻；有的也用於家用冰箱，但不經濟。半導體制冷器還可做成零點儀，用來保證熱電偶測温中的零點温度。

在半導體散熱片中，使用珀爾帖效應，當電流流過由不同導體構成的電路時，除了產生不可逆的焦耳熱之外，還會在不同導體的接縫處根據電流的方向分別產生吸熱、散熱現象。 在圖1的系統中，電子從電源的負極出發，到達Cu電極和p型半導體的邊界。 當電子從Cu電極進入p型半導體時，即相當於電子的能量從費米能級進入半導體的價帶。 (因為是p型，所以裏面的載流子在價帶。 )另一方面，價帶中的電子能量低於費米能級，因此在熱端散熱。 電子持續移動，電子從p型半導體進入冷端的銅電極時，相當於電子從價電子帶移動到費米能級，因此在冷端吸熱。 當電子從銅電極進入n型半導體時，相當於電子從費米能級進入傳導帶，傳導帶中的電子能量很高，需要在這個過程中吸熱。 相反，如果電子從n型半導體進入熱側銅電極，能量會下降，因此在熱側散熱，最後返回電源的正極。

半導體散熱片也稱為熱電散熱片，是熱泵。 優點是沒有折動零件，部分空間受到限制，要求可靠性，適用於沒有製冷劑污染的情況。 利用半導體材料的珀耳帖效應，通過串聯連接兩種不同半導體材料的電偶電，可以在電偶電的兩端分別吸收熱量，釋放熱量，從而達到製冷的目的。

這是一種會產生負熱阻的冷凍技術，其特徵是沒有運動部件，可靠性也很高。