[发明专利]一种透明热电模块的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种透明热电模块的制备方法，属于功能材料及器件领域。

背景技术

随着社会和工业化的高速发展，能源危机和环境污染问题日趋严重，可再生能源和清洁能源的开发日益迫切。热电模块可以实现温差和直流电的直接转换，且有无机械部件、无噪声、无污染等优点，在工业废热利用、汽车尾气废热发电和可穿戴设备等领域有广阔应用前景。

目前市场上的热电模块多由传统合金块材组成π型热电臂阵列，通过金属电极将热电臂电串联、热并联成温差热电模块。此类热电模块由于受材料种类、材料维度和模块构型的限制，存在工作温度低、模块体积大、输出功率密度低、原料毒性大、成本高等普遍缺陷。

氧化物薄膜热电模块作为近年新兴的研究领域，与传统合金块材模块相比，由于在材料稳定性和尺寸维度等方面的优势，具有使用温度高、物理化学稳定性好、模块体积小等显著优点，使其更适合在可穿戴设备中应用。而如果能实现热电模块整体的全透明性，则更能增强可穿戴设备的美感和现代感，提升模块的实际应用价值和前景。

目前尚无透明热电模块或其制备工艺的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透明热电模块的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）P型透明热电臂淀积：采用脉冲激光沉积技术，以P-CuCr_1-xMg_xO₂陶瓷为靶材，在双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底的其中一个表面淀积P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜，淀积过程中用镍掩膜板Ⅰ遮挡衬底表面，以获得P型透明热电臂阵列；

（2）N型透明热电臂淀积：将步骤（1）中的双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底翻转180°，镍掩膜板Ⅰ位置不变，采用脉冲激光沉积技术，以N-Zn_1-yAl_yO陶瓷为靶材，在双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底的另一表面淀积N-Zn_1-yAl_yO薄膜，得到N型透明热电臂阵列；其中，每个条状P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜和其背面对应的条状N-Zn_1-yAl_yO薄膜之间呈X形交叉分布；所述镍掩膜板Ⅰ的镂空掩膜图案为若干倾斜条状，条状之间相互平行、等距排列；

通过镍掩膜板Ⅰ的镂空掩膜图案和与双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底的相对位置，控制P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜和N-Zn_1-yAl_yO薄膜在双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底上的淀积位置和形状，使最终得到的P型透明热电臂阵列和N型透明热电臂阵列均为若干相互平行、等距排列的倾斜条状，且每个条状P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜和其背面对应的条状N-Zn_1-yAl_yO薄膜之间呈X形交叉分布；

（3）金电极制备：采用离子溅射技术在双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底的边缘两侧上淀积金电极，淀积过程中用镍掩膜板Ⅱ遮挡双面抛光Al₂O₃(0001)单晶衬底的边缘两侧；淀积完成后进行退火；最终使每个金电极覆盖在P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜和N-Zn_1-yAl_yO薄膜的连接处，使P-CuCr_1-xMg_xO₂薄膜和N-Zn_1-yAl_yO薄膜依次连接，形成两个独立的串联通路。