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微型温差电池及系统的设计与制造技术研究

微型温差电池及系统的设计与制造技术研究

作者：易云天津大学

学位级别：硕士

随着微电子技术和半导体技术的发展,越来越多的微型化、高度集成和高性能的微电子器件被成功开发并广泛应用。微型温差电池具有高电压、低功率的特点,且使用寿命长、体积小、重量轻、无噪声、无污染,在微电子领域具有广阔的应用前景。... 详细信息

随着微电子技术和半导体技术的发展,越来越多的微型化、高度集成和高性能的微电子器件被成功开发并广泛应用。微型温差电池具有高电压、低功率的特点,且使用寿命长、体积小、重量轻、无噪声、无污染,在微电子领域具有广阔的应用前景。本课题将微电子技术与电沉积技术相结合,对温差电池单片的制备技术进行了研究,获得了优化的温差电池单片制备工艺,开发出了微型温差电池组装工艺。在此基础上,设计并搭建了微型温差电池系统,并对微型温差电池及系统的性能进行了研究。本文设计了六种应用于微型温差电池的微型温差电池系统结构。所设计的微型温差电池系统中,在微型温差电池的热端设置有吸光材料层及热能储存装置,可以有效提高太阳能的利用率。在微型温差电池的冷端安装有散热器以降低温差电池冷端的温度,有利于在微型温差电池的热端和冷端之间建立尽可能大的温差。微型温差电池单片的制备工艺,包括n型和p型微区及导电层微区的制备、n型微区内电化学沉积n型热电材料Bi(Te-y Se)、p型微区内电化学沉积p型热电材料(BiSb)Te、导电层微区内电化学沉积金属铜以实现n型和p型热电材料的串联及微型温差电池单片的封装。微型温差电池单片的集成采用以4层温差电池单片为循环的组装工艺。采用此工艺,由12层微型温差电池单片组装成的微型温差电池外形尺寸为:长36mm,高3.6mm,厚4mm。在室温、温差为10K的条件下,微型温差电池的平均开路电压为176mV,微型温差电池的最大输出功率为85.10μW。搭建的微型温差电池系统中有36个由12层微型温差电池单片组装成的微型温差电池。性能测试结果表明,在室外太阳光照射下,冷热端温差2.5K,微型温差电池系统的平均开路电压为1.91V,微型温差电池系统的最大输出功率为60.17μW。

关键词：微型温差电池微型温差电池系统设计制造性能

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微型温差电池的制备技术研究

微型温差电池的制备技术研究

作者：神政武天津大学

学位级别：硕士

随着半导体技术发展,电子器件的微型化和小型化已成为趋势。微型化的电子器件需要高电压低功率的微型电源,为微型温差电池的应用提供了广阔的应用前景。微型温差电池多采用薄膜温差电材料制造。电沉积技术制备薄膜温差电材料具备成本低... 详细信息

随着半导体技术发展,电子器件的微型化和小型化已成为趋势。微型化的电子器件需要高电压低功率的微型电源,为微型温差电池的应用提供了广阔的应用前景。微型温差电池多采用薄膜温差电材料制造。电沉积技术制备薄膜温差电材料具备成本低,易于实现规模化生产的特点。本课题旨在通过对微型温差电池结构设计和对所设计结构的微型温差电池制备工艺的研究,探索出微型温差电池的制备工艺。在此基础上,通过工程模拟计算的方法,优化应用于微型温差电池的散热片结构。本文设计了一种纵向结构微型温差电池。该结构通过大量微型温差电池单片中n型和p型温差电腿端头的导电连接实现高密度集成。所设计的纵向结构微型温差电池结构简单,制备工艺易于实现,且有利于建立温差。此外,将半导体技术中的图形化工艺引入微型温差电池的温差电腿及导电层制备中,大幅降低了温差电腿之间的距离,实现了微型温差电池单片中各微区的准确定位,大幅提高了微型温差电池的集成度和结构稳定性,显著的提升了微型温差电池的性能。本文系统研究了微型温差电池单片的制作工艺,包括放置时间、封装加热次数和封装加热条件等对微型温差电池性能的影响。封装材料在加热板上预热50s,释放化学性收缩的放热和应力,优化了微型温差电池单电池片的制备工艺,减少了制作步骤。本文研究了微型温差电池组装技术,提出了以4层为一个循环的组装工艺。作为电池侧面的导电连接技术,导电银浆涂抹法优于化学镀铜法。由8层微型温差电池单体组装而成电池其尺寸为:长36mm,高2.6mm,厚2mm。性能测试表明,在室温、温差为20K的条件下,该微型温差电池的最大输出功率为35.7μW。通过有限元模拟的手段,采用控制变量法,利用ANSYS软件,针对底板宽度、底板厚度、肋板长度和肋板厚度四个散热片变量进行了工程模拟优化,综合得出最佳散热片尺寸为底板宽度70mm、底板厚度5mm、肋长40mm、肋间距2mm、肋片厚0.5mm、边片厚度2mm、肋片数量为26。

关键词：微型温差电池结构设计制备工艺性能散热

微型温差电池及相关性能测试系统的设计及制造技术研究

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微型温差电池及相关性能测试系统的设计及制造技术研究

作者：王妍军天津大学

学位级别：硕士

温差电池在低品质热能利用方面有着独特的优势,更由于其本身是一种绿色能源,近年越来越引起了人们极大的兴趣。电化学沉积方法在制备温差电材料方面具有显著的成本优势,为此作者基于电化学沉积技术,开展微型温差电池的结构设计及相关制... 详细信息

温差电池在低品质热能利用方面有着独特的优势,更由于其本身是一种绿色能源,近年越来越引起了人们极大的兴趣。电化学沉积方法在制备温差电材料方面具有显著的成本优势,为此作者基于电化学沉积技术,开展微型温差电池的结构设计及相关制备技术研究。在此基础上,自行设计并研究出了薄膜温差电材料性能测试系统以及微型温差电池性能测试系统。论文设计了两种集成化微型温差电池的结构,并进行了相关制备工艺设计,旨在提供更大的输出电压及建立高且稳定的温差。两套方案均由单层电池通过粘接剂粘接固化的方法实现集成化。为了实现单层电池层间的串联,发明了散斑条形导电层,配合左右极耳不同位置的设计,成功地实现了集成化微温差电池的串并联问题。这种结构设计大大地简化了集成化微温差电池的制备工艺。对微型温差电池的制备工艺进行了研究,确定出如下制备工艺流程:以氧化铝陶瓷片作为制造单层温差电池的基体,基体上经过化学镀铜再电镀铜加厚,之后选用SU-8光刻胶光刻蚀制备总体微区,用AZ胶制备P型温差电材料单体微区,用脉冲电镀方法沉积P型温差电材料(BixSb1-x)2Te3合金,再用AZ胶制备N型温差电材料单体微区,用控电位方法沉积N型温差电材料Bi2Te3-ySey。按上述工艺流程制备出的单层温差电池在10K的温差下的输出电压为33mV。自行设计并制造出了基于动态温差测量技术的微温差电池功率测试系统及相关软件。该系统可以实现温差及输出功率的在线测量,并以温差—功率输出曲线、负载-功率输出曲线、温差-最大输出功率曲线的形式给出测试数据。该测试系统热电偶误差极限为0.75%,温度转换精度为0.025℃,在测试温度范围内小于0.4%,电压信号分辨率为±1μV,电流分辨率为100nA,功率检出限为0. 1pW。自行设计并制造了薄膜温差电材料的塞贝克系数测试系统及相关软件。该系统可以实现薄膜温差材料的塞贝克电动势、温差、塞贝克系数的在线测量,并以图形化的界面形式,实时显示塞贝克电动势-温差曲线及冷、热端温度,温差变化曲线等,还可同时给出相关系数、回归精度等重要信息。该测试系统测试热电偶误差极限为0.75%,电压信号采集精度为±1μV,温度转换精度为0.025℃,在测试温度范围内小于0.4%,塞贝克电势与温差线性相关系数大于0.995,线性回归精度为66.5μV,测试系统误差小于2.9%。

关键词：微型温差电池结构设计制备工艺性能测试

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微型温差电池的无线传感器节点自供电系统

单片机与嵌入式系统应用 2015年第3期15卷 18-21页

作者：赵耀侯春萍由磊天津大学电子信息工程学院天津300072

伴随全球性的能源危机,利用环境中的动态能量为无线传感器网络供电已经成为一种趋势。本文设计了一个基于BQ25504芯片的无线传感器节点自供电系统,该系统可以在330mV电压下启动,在工作时以最大功率跟踪方式采集低至80mV的温差能量,并能... 详细信息

伴随全球性的能源危机,利用环境中的动态能量为无线传感器网络供电已经成为一种趋势。本文设计了一个基于BQ25504芯片的无线传感器节点自供电系统,该系统可以在330mV电压下启动,在工作时以最大功率跟踪方式采集低至80mV的温差能量,并能够动态地将能量通过能量缓冲器电路供给无线传感器节点使用。该系统有效地解决了基于微型温差电池的无线传感器节点自供电的问题。

关键词：微型温差电池能量缓冲无线传感器系统

基于电化学MEMS技术制备具有高堆积密度微型温差电池

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基于电化学MEMS技术制备具有高堆积密度微型温差电池

2011年全国电子电镀及表面处理学术交流会

作者：王为廖夏朱艳兵许晗李桓天津大学化工学院天津大学材料学院

提出了一种具有高堆积密度的新型结构微型温差电池,它由大量相互间以电串联的方式相连接的n型和p型薄膜温差电腿构成。采用电化学MEMS技术制备出了2个具有这种新型结构的微型温差电池。这两个微型温差电池的尺寸均为25mm(长)×4mm(宽)×... 详细信息

提出了一种具有高堆积密度的新型结构微型温差电池,它由大量相互间以电串联的方式相连接的n型和p型薄膜温差电腿构成。采用电化学MEMS技术制备出了2个具有这种新型结构的微型温差电池。这两个微型温差电池的尺寸均为25mm(长)×4mm(宽)×lmn(厚),其中集成了160对温差电腿,但温差电腿的尺寸不同,分别为3.6mm(长)×0.4mm(宽)×20μm(厚)和3.6mm(长)×0.4mm(宽)×50μmn(厚)。这两个微型温差电池在室温、20K温差条件下的开路电压、最大输出功率以及对应的功率密度分别为630mV、35μW、357μW·cm和660mV、77μW、770μW/cm。这表明,电池中薄膜温差电材料的厚度对电池性能有着重要影响。

关键词：微型温差电池电化学MEMS技术结构设计制造过程电池性能

来源： cnki会议评论

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新型微温差电池的设计

电源技术 2004年第9期28卷 569-570,582页

作者：贾法龙王为赵秉英张建中天津大学化工学院应用化学系天津300072 中国电子科技集团公司第十八研究所天津300381

将纳米材料的高效温差电转化性能和IC(集成电路)制造技术的长处相结合,设计出了一种全新结构的微型温差电池,这种全新结构的微型温差电池采用以多孔氧化铝模板为载体的n型和p型纳米线阵列温差电材料构成,其独特的层状结构有效地发挥了... 详细信息

将纳米材料的高效温差电转化性能和IC(集成电路)制造技术的长处相结合,设计出了一种全新结构的微型温差电池,这种全新结构的微型温差电池采用以多孔氧化铝模板为载体的n型和p型纳米线阵列温差电材料构成,其独特的层状结构有效地发挥了纳米线温差电材料的高效温差电转换性能,它通过将纳米线先并联再串联的方式使微型温差电池获得极高的电压输出,微型温差电池的厚度不超过100μm。

关键词：微型温差电池结构设计纳米线阵列 Bi2Te3

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微电池的最新研究动态

电源技术 2002年第B7期26卷 236-238,246页

作者：张建中王保民李昌进信息产业部电子第十八研究所天津300381

电子产品小型化、微型化、集成化是当今世界技术发展的大势所趋。将微电池与微电子机械系统 (MEMS)、微芯片集成在一个衬底上 ,制成独立的微型电子系统———系统芯片 (SOC) ,已经不再遥远。介绍了国际上微型锌镍电池、微型固体电解质... 详细信息

电子产品小型化、微型化、集成化是当今世界技术发展的大势所趋。将微电池与微电子机械系统 (MEMS)、微芯片集成在一个衬底上 ,制成独立的微型电子系统———系统芯片 (SOC) ,已经不再遥远。介绍了国际上微型锌镍电池、微型固体电解质锂电池、微型太阳电池。

关键词：微电池微型锌镍电池微型锂电池微型太阳电池微型温差电池