松下熱電轉(zhuǎn)換元件新制法：單位面積發(fā)電量升至4倍

　　節(jié)能：松下開發(fā)出了熱電轉(zhuǎn)換元件的新制造節(jié)能技術(shù)。雖然材料使用的是熱電轉(zhuǎn)換元件常用的鉍（Bi）碲（Te）類，但因元件本身既小又薄，所以能在狹小的面積上排列大量元件。因此，制成熱電轉(zhuǎn)換模塊后，與使用傳統(tǒng)方法制成的同等性能的產(chǎn)品相比，面積可削減至1/4，高度可降至1/3（圖1）。

　　圖1：松下開發(fā)的π型熱電轉(zhuǎn)換模塊

　　照片左側(cè)為新開發(fā)的試制品。與以往的普通模塊（照片右側(cè)）相比，以1/4的面積即可實現(xiàn)相同的發(fā)電能力，高度也降至原產(chǎn)品的1/3左右，可實現(xiàn)小型、薄型化。

　　以配置256個元件的20mm見方、1.2mm高的試制模塊為例，約100℃的溫差可獲得1W左右的電力。而且，加工時的材料浪費也很少，能把材料成本降到1/3，這也是新制法的一個特點。

　　為了在2014年度內(nèi)使該技術(shù)形成業(yè)務，松下已開始進行實證試驗，在自己的工廠里設(shè)置了這種熱電轉(zhuǎn)換模塊，將其用作目視檢查用照明電力來源。

　　利用極細的玻璃管生成晶體

　　松下開發(fā)新制法的原因是，“通過開發(fā)全新的材料來提高發(fā)電性能、降低成本非常困難。因此，首先就著眼于形狀開發(fā)了新制法，由此提高了性能”（松下制造本部熱電轉(zhuǎn)換項目高級工程師前島聰）。

　　普通的π型熱電轉(zhuǎn)換模塊是在陶瓷基板上大量串聯(lián)采用Bi-Te類材料的很小的熱電轉(zhuǎn)換元件來獲得電動勢。而松下采用的方法是縮小元件尺寸以更多地排列元件，從而增加單位面積的發(fā)電量。

　　新制法是將Bi-Te類材料加熱到600℃左右進行熔融攪拌，然后再吸到直徑0.8mm、長250mm的極細耐熱玻璃管中進行冷卻使晶體生長（圖2）。具體做法是，使耐熱玻璃管穿過由冷卻單元和隔熱板組成的局部冷卻單元，于此同時將其上拉升，從而使玻璃管中的材料凝固（圖3）。凝固后，把每個玻璃管中的Bi-Te類晶體材料切成薄片，并加工成元件，然后安裝到基板上串聯(lián)起來。

　　圖2：熱電轉(zhuǎn)換元件的制法

　　對Bi-Te類材料進行熔融攪拌后，吸入玻璃管中，邊上拉玻璃管邊冷卻。連同玻璃管一起切割，制造元件。

　　圖3：制造裝置的冷卻部

　　為使玻璃管的軸向形成溫差，慢慢上拉。這樣，晶體就沿著軸向生長。

　　以往的熱電轉(zhuǎn)換模塊為了確保強度，必須使用陶瓷基板，而采用新制法制作的元件被玻璃包覆，不易破損，使基板的自由度也更高。實際上，圖1的試制品就是在采用聚酰亞胺的3層柔性基板上利用貼片機安裝了元件。