半導體制冷又稱電子制冷，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)和半導體技術(shù)邊緣的學科，它利用特種半導體材料構(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。

半導體制冷片制冷原理

半導體制冷片（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。

原理圖

半導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型的半導體材料（碲化鉍），這個半導體元件在電路上是用串聯(lián)形式連接組成。半導體制冷片的工作原理是：當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料連結(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型元件的接頭吸收熱量，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，以達到增強制冷（制熱）的效果。以下三點是熱電制冷的溫差電效應(yīng)。

半導體制冷技術(shù)的應(yīng)用

半導體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點和特點：

1、不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。

2、半導體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。

3、半導體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。

4、半導體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。

5、半導體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電，半導體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。

6、半導體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

7、半導體制冷片的溫差范圍，從正溫90℃到負溫度130℃都可以實現(xiàn)。

通過以上分析，半導體溫差電片件應(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：導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線探測、導航系統(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、電子信箱、電腦以及其他電器等。

半導體制冷技術(shù)發(fā)展趨勢

20世紀50年代以后，半導體材料在各個技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。熱電性能較好的半導體材料使熱電效應(yīng)的效率大大提高，從而使熱電制冷進入工程實踐領(lǐng)域并得到迅速的發(fā)展。早期出現(xiàn)的半導體制冷器大多是各種小型低溫和恒溫器件，如電子醫(yī)療器械、電子器件冷卻、小型冰箱等方面。后來又在核潛艇上研制了各種半導體制冷空調(diào)和冷藏裝置。半導體制冷空調(diào)器因其能效比、價格遠不能與機械壓縮式、吸收式空調(diào)相比，故還不能為百姓接受，但因其所具有抗震、無泄漏、無噪音、易維修、高可靠性，目前在各個領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用，如潛艇、船舶、電子通訊車、列車空調(diào)等場合已有成功的應(yīng)用。

半導體制冷技術(shù)正在飛速的發(fā)展，目前國內(nèi)對半導體制冷技術(shù)也有進展，已經(jīng)研制出雙內(nèi)循環(huán)儲冷式半導體交換器，它與半導體能源組件、散熱系統(tǒng)構(gòu)成一個能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這種交換器可以方便應(yīng)用于冰箱、空調(diào)器等制冷產(chǎn)品中，是取代機械壓縮泵和氟里昂制冷劑的綠色環(huán)保產(chǎn)品。此項技術(shù)在大功率半導體制冷復合技術(shù)方面在國內(nèi)應(yīng)屬領(lǐng)先水平。而在半導體制熱效率應(yīng)用方面則率先開辟了新的領(lǐng)域