電子制冷又稱半導(dǎo)體制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。
歷史發(fā)展
電子制冷的起源
1834年，法國物理學(xué)家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負(fù)極上，通電后，他驚奇的發(fā)現(xiàn)一個接插件變熱，另一個接頭變冷；這個現(xiàn)象后來就被稱為"帕爾帖效應(yīng) "。"帕爾帖效應(yīng)"的物理原理為：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當(dāng)它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現(xiàn)為制冷）。
所以，"半導(dǎo)體制冷"的效果就主要取決于電荷載體運動的兩種材料的能級差，即熱電壓。純金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。半導(dǎo)體材料具有極高的熱電勢，可以成功的用來做小型的半導(dǎo)體制冷器。但當(dāng)時由于使用的金屬材料的熱電性能較差，能量轉(zhuǎn)換的效率很低，熱電效應(yīng)沒有得到實質(zhì)應(yīng)用。
電子制冷的發(fā)展
直到本世紀(jì)五十年代，蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士對半導(dǎo)體進(jìn)行了大量研究，于1945年前發(fā)表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的致冷效果。這是最早的也是最重要的熱電半導(dǎo)體材料，至今還是溫差致冷中半導(dǎo)體材料的一種主要成份。約飛的理論得到實踐應(yīng)用后，有眾多的學(xué)者進(jìn)行研究到六十年代半導(dǎo)體致冷材料的優(yōu)值系數(shù)，達(dá)到相當(dāng)水平，才得到大規(guī)模的應(yīng)用。80年代以后，半導(dǎo)體的熱電制冷的性能得到大幅度的提高，進(jìn)一步開發(fā)熱電制冷的應(yīng)用領(lǐng)域。
制冷原理
半導(dǎo)體制冷片（TE）也叫熱電制冷片，是一種熱泵，它的優(yōu)點是沒有滑動部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。
半導(dǎo)體制冷片的工作運轉(zhuǎn)是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上實現(xiàn)制冷或加熱，這個效果的產(chǎn)生就是通過熱電的原理，上圖就是一個單片的制冷片，它由兩片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導(dǎo)體材料（化鉍），這個半導(dǎo)體元件在電路上是用串聯(lián)形式連接組成. 半導(dǎo)體制冷片的工作原理是：當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，電流由N型元件流向P型元件的接插件吸收熱量，成為冷端由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸熱和放熱的大小是通過電流的大小以及半導(dǎo)體材料N、P的元件對數(shù)來決定。制冷片內(nèi)部是由上百對電偶聯(lián)成的熱電堆（如右圖），以達(dá)到增強(qiáng)制冷（制熱）的效果。以下三點是熱電制冷的溫差電效應(yīng)。
1、塞貝克效應(yīng)（SEEBECK EFFECT）
一八二二年德國人塞貝克發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時，如兩個連接點保持不同的溫差，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個溫差電動勢： ES=S.△T
式中：ES為溫差電動勢
S（?）為溫差電動勢率（塞貝克系數(shù)）
△T為接點之間的溫差
2、珀爾帖效應(yīng)（PELTIER EFFECT）
一八三四年法國人珀爾帖發(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個不同導(dǎo)體形成的接點時，接點處會產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。
Qл=л.I л=aTc
式中：Qπ 為放熱或吸熱功率
π為比例系數(shù)，稱為珀爾帖系數(shù)
I為工作電流
a為溫差電動勢率
Tc為冷接點溫度
3、法國湯姆遜公司效應(yīng)（THOMSON EFFECT）
當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點之間，其放熱量或吸熱量為：
Qτ=τ.I.△T
Qτ為放熱或吸熱功率
τ為湯姆遜系數(shù)
I為工作電流
△T為溫度梯度
以上的理論直到本世紀(jì)五十年代，蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士對半導(dǎo)體進(jìn)行了大量研究，于一九五四年發(fā)表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的制冷效果，這是最早的也是最重要的熱電半導(dǎo)體材料，至今還是溫差制冷中半導(dǎo)體材料的一種主要成份。
優(yōu)缺點簡介
優(yōu)點：
（1）無運動部件，因而工作時無噪聲，無磨損、壽命長，可靠性高。
（2）不使用制冷劑，故無泄漏，對環(huán)境無污染。
（3）半導(dǎo)體制冷器參數(shù)不受空間方向的影響，即不受重力場影響，在航天航空領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。
（4）作用速度快，工作可靠，使用壽命長，易控制，調(diào)節(jié)方便，可通過調(diào)節(jié)工作電流大小來調(diào)節(jié)器制冷能力。也可通過切換電流的方向來改變其制冷或供暖的工作狀態(tài)。
（5）尺寸小，重量輕，適合小容量、小尺寸的特殊的制冷環(huán)境。
半導(dǎo)體制冷雖有許多優(yōu)點，但也有一些缺點有待克服。
缺點：
（1）在大制冷量的情況下，半導(dǎo)體制冷器的制冷效率比機(jī)械壓縮式冷水機(jī)組低。因此，半導(dǎo)體制冷器只能用作小功率制冷器。
（2）電偶對中的電源只能使用直流電源，如果使用交流電源，就會產(chǎn)生焦耳熱，達(dá)不到吸熱降溫的目的
（3）電偶堆元件采用高純稀有材料，再加上工藝條件尚未十分成熟，導(dǎo)致元件成本比較高，目前還不能在普通制冷領(lǐng)域廣泛使用。
應(yīng)用范圍
半導(dǎo)體溫差電片件應(yīng)用范圍有：制冷、加熱、發(fā)電，制冷和加熱應(yīng)用比較普遍，有以下幾個方面：
1、軍事方面：導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線探測、導(dǎo)航系統(tǒng)。
2、醫(yī)療方面；冷力、冷合、白內(nèi)障摘除片、血液分析儀等。
3、實驗室裝置方面：冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實驗儀片。
4、專用裝置方面：石油產(chǎn)品低溫測試儀、生化產(chǎn)品低溫測試儀、細(xì)菌培養(yǎng)箱、恒溫顯影槽、電腦等。
5、日常生活方面：空調(diào)、冷熱兩用箱、飲水機(jī)、電子信箱、電腦以及其他電器等。此外，還有其它方面的應(yīng)用，這里就不一一提了
參考資料 >