半導(dǎo)體制冷又稱(chēng)溫差制冷或熱電制冷，這項(xiàng)技術(shù)自20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)后，因其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)而得到了較廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，它已用于汽車(chē)(或手提式)冰箱、白內(nèi)障冷凍摘除器、核潛艇空調(diào)器、紅外制導(dǎo)空對(duì)空導(dǎo)彈的紅外探測(cè)器探頭冷卻器、照相顯影液恒溫冷卻器、宇航員及坦克乘員的空調(diào)服等方面。

工作原理和特點(diǎn)

1834年，法國(guó)科學(xué)家帕爾帖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)直流電通過(guò)兩種不同導(dǎo)電材料構(gòu)成的回路時(shí)，結(jié)點(diǎn)上將產(chǎn)生吸熱或放熱現(xiàn)象(具體視電流方向而定)，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為帕爾帖效應(yīng)。

半導(dǎo)體制冷是帕爾帖效應(yīng)在工程技術(shù)上的具體應(yīng)用�？晒┲评溆玫陌雽�(dǎo)體材料有很多，如PbTe、ZnSb、SiGe、AgSbTez等。衡量半導(dǎo)體材料制冷效率高低的一個(gè)主要參數(shù)為優(yōu)值系數(shù)Z，Z越大，則效率越高。Z=α2/kρ，式中α為溫差電動(dòng)勢(shì)，k為熱導(dǎo)率，ρ為電阻率。

目前研究使用最多的半導(dǎo)體材料是P－Bi2Te3.Sb2Te3、N－Bi2Te3.Bi2Se3準(zhǔn)三元合金，它們具有較好的優(yōu)值系數(shù)。P型半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)Zp>3.5×10－3k－1，n型半導(dǎo)體材料的優(yōu)值系數(shù)Zn>3×10－3k－1。如要使半導(dǎo)體制冷的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到與機(jī)械壓縮式制冷相當(dāng)?shù)乃�，則優(yōu)值系數(shù)須達(dá)到13×10－3k－1。當(dāng)前，世界各國(guó)都投入了相當(dāng)大的人力財(cái)力致力于開(kāi)發(fā)新型制冷材料，但進(jìn)展緩慢。
 

半導(dǎo)體制冷特點(diǎn)

半導(dǎo)體制冷技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
(1)利用特種半導(dǎo)體材料組成PN結(jié)進(jìn)行制冷(或制熱)，體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音。
(2)無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、制冷迅速，便于組成各種結(jié)構(gòu)、形狀的制冷器。
(3)制冷量可在mW級(jí)～kW級(jí)變化，制冷溫差可達(dá)20～150℃范圍。
(4)由于無(wú)氣體工質(zhì)，不會(huì)污染環(huán)境，是一種真正的綠色制冷器。
(5)用于制冷時(shí)，其效率較低。但用于制熱時(shí)，其效率相當(dāng)高。因此綜合起來(lái)評(píng)估時(shí)，其效率還是較高的。
(6)目前成本較高，但隨著技術(shù)的發(fā)展及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，成本會(huì)進(jìn)一步下降。

半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)一級(jí)制冷不能達(dá)到所需的工作溫度時(shí)，可用二級(jí)或多級(jí)制冷進(jìn)行工作。使用半導(dǎo)體制冷設(shè)備時(shí)，既要考慮其最大制冷量，又要考慮其最大制冷效率。

半導(dǎo)體制冷設(shè)備在最大制冷量下工作，可獲得最大的降溫，但耗電大；在最大制冷效率下工作，其效率當(dāng)然最高。一般半導(dǎo)體制冷設(shè)備到底在最大制冷量下工作還是在最大制冷效率下工作，視使用要求而定。例如，家用冰箱應(yīng)在最大制冷效率下工作；而醫(yī)學(xué)冷凍設(shè)備應(yīng)在最大制冷量下工作。