Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MODULE OF A THERMOELECTRIC BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/225563
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to thermoelectric generators, and more particularly to thermoelectric generators that utilize the thermoelectric properties of graded-gap semiconductors, and can be used for powering domestic electrical appliances and recharging the batteries of portable electronic devices and the like, inter alia, as part of a thermoelectric battery. A module of a thermoelectric battery comprises a substrate and two semiconductor units connected thereto, one of which is disposed on one side of the substrate, and the other of which is disposed on the other side of the substrate, each semiconductor unit containing at least one pair of interconnected semiconductors. The substrate is made of a conducting material, and the semiconductors are of the graded-gap kind, wherein in each semiconductor unit, the wide-gap side of at least one graded-gap semiconductor is connected to the narrow-gap side of at least one other graded-gap semiconductor, the wide-gap side of which is connected to the substrate. The technical result is increased efficiency, strength and resistance to thermal expansion and contraction; reduced overall dimensions; unimpeded transfer of heat by a heat flow from the outer sides of the semiconductor units to the substrate and through the substrate with an increase in efficiency and power; greater ease of installation in a heat exchange device; and a broader scope of use.

Inventors:
KHVOROSTIANYI ANDRII DMYTROVYCH (UA)
Application Number:
PCT/UA2020/000073
Publication Date:
November 11, 2021
Filing Date:
July 17, 2020
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KHVOROSTIANYI ANDRII DMYTROVYCH (UA)
International Classes:
H01L35/26; H01L35/32
Domestic Patent References:
WO2019004988A12019-01-03
Foreign References:
US20090084421A12009-04-02
US9105809B22015-08-11
US7807917B22010-10-05
Attorney, Agent or Firm:
NYZOVA, Inna Oleksandrivna (UA)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА

1. Модуль термоэлектрической батареи, включающий подложку и два соединённых с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом полупроводников, который отличается тем, что подложка выполнена из проводникового материала, полупроводники являются варизонными, при этом в каждом полупроводниковом блоке широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой.

2. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что узкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из германия, широкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из кремния, а подложка выполнена из молибдена.

3. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что полупроводниковые блоки выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки.

4. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что на внешних поверхностях полупроводниковых блоков закреплены омические контакты с контактными поверхностями, выполненные с возможностью отбора тепла с теплоносителя, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков и к подложке присоединено по выводу.

5. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что один полупроводниковый блок содержит по меньшей мере две отдельные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.

6. Модуль термоэлектрической батареи по п. 1, который отличается тем, что подложка выполнена разъёмной и содержит две пластины из проводникового материала, выполненных с возможностью разъединения.

Description:
МОДУЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ БАТАРЕИ

Изобретение принадлежит к термоэлектрическим генераторам, а именно к термоэлектрическим генераторам, использующим в своей работе термоэлектрические свойства варизонных полупроводников, и может быть использовано для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств или другого, в том числе находясь в составе термоэлектрической батареи.

Из уровня техники известна плёночная структура, используемая для производства термоэлектрогенераторов (патент на изобретение RU 2557366 С2, H01L 35/32, H01L 35/34, опубликовано 27.04.2015 г., Бюл. N « 12), которая содержит по меньшей мере одну полосу из полупроводника n-типа и по меньшей мере одну полосу из полупроводника p-типа, разделенные полосой из изоляционного материала, или пространственно разделенные на изоляционном материале, а также содержит полосы из проводникового материала, соединяющие одну полосу из полупроводника n-типа с одной полосой из полупроводника p-типа и не имеющие электрического контакта друг с другом, и не содержит полимерных подложек.

Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников.

Поскольку известный аналог представляет собой плёнку, которая фактически состоит из параллельно ориентированных полос, выполненных из полупроводников p-типа и n-типа, изоляционного материала и проводникового материала, известный аналог имеет низкую устойчивость к температурному расширению и сжатию, поскольку все полосы в известном аналоге выполняют за одну технологическую операцию методом плёночного литья или соэкструзии, что приводит к образованию пленки из разнородных материалов, которые имеют разный коэффициент температурного расширения. При необходимом нагревании и охлаждении различных сторон термоэлектрогенераторов, выполненных с использованием известного аналога, полосы, из которых состоит пленочная структура, могут быть повреждены и отделены друг от друга вследствие температурного расширения и сжатия отдельных полос, при этом как изоляционный материал, так и проводниковый материал, которые заполняют промежутки между полупроводниками, могут быть деформированы и повреждены. Таким образом известный аналог является ненадёжным, характеризуется низкой прочностью и устойчивостью к температурному расширению и сжатию, поскольку его конструкция не учитывает температурное расширение и сжатие отдельных составляющих элементов, что может привести к разрушению известного аналога и потери им функциональности во время длительного использования.

Известный аналог имеет большие габаритные размеры и неудобен в установке в теплообменное средство, поскольку для генерирования необходимого количества электроэнергии, достаточного для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств необходима плёнка с очень большим количеством полос из полупроводниковых материалов p-типа и n-типа, что соответственно увеличивает общую ширину плёночной структуры и создает неудобства при формировании из него термоэлектрогенератора и установки в теплообменное средство. Пленочная структура с малым количеством полос, соответственно, не производит достаточного количества электроэнергии во время работы и не может быть использована в широком кругу устройств в качестве источника электрической энергии. При этом сворачивание плёночной структуры, придание ей необходимой формы могут также повредить места соединения между полосами, что приводит к снижению прочности известного аналога. Известный аналог имеет низкую эффективность, мощность и узкую сферу применения, поскольку полупроводники n-типа и p-типа, имеющиеся в его конструкции, не являются варизонными, что значительно снижает количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, и обусловливает необходимость в большом количестве полос из полупроводникового материала. Легирование полупроводников акцепторными и донорными примесями как таковое и создание гетероперехода между полупроводниками известного аналога не позволяет получить достаточное количество электрической энергии для питания большинства известных бытовых устройств или зарядки элементов их питания. Полупроводники известного аналога лишены преимуществ, присущих варизонным полупроводникам, а именно возможности повышенного генерирования тока за счёт создания электрического тока напрямую вследствие поглощения тепловой энергии, создание излишков носителей заряда, разности температур между широкозонной и узкозонной сторонами варизонного полупроводника и т.д.

Также известен термоэлектрический модуль (патент на изобретение JP 2007243050 А, МПК H01L 35/32, опубликовано 20.09.2007 г.), который включает полимерную подложку и, по меньшей мере, одну пару полупроводников, состоящую из полупроводника n-типа и полупроводника p-типа, при этом средние части полупроводников n-типа и р-типа расположены в отверстиях подложки и закреплены в них, а краевые части полупроводников n-типа и p-типа расположены по обе стороны от подложки и попарно соединены металлическими контактами.

Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников. Поскольку в известном аналоге каждый из полупроводников расположен фактически по обе стороны от подложки и закреплён в отверстиях подложки спаиванием или другим подобным способом, температурное расширение горячих сторон полупроводников после длительного использования известного аналога может привести к расширению отверстий в подложке и к её разрушению, а температурное сжатие холодных сторон полупроводников в течение длительного использования известного аналога может привести к отделению полупроводников от подложки и их выпадению. Как повреждение подложки, так и отделение полупроводников от подложки приводят к потерям известным аналогом своей функциональности, что указывает на его низкую прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию. Кроме того длительный и резкий температурный перепад между горячей и холодной стороной полупроводников, характерный для термоэлектрических долей подобных известному аналогу, приводит к повреждению и разрушению проводников, что также снижает прочность известного аналога.

Известный аналог имеет большие габаритные размеры и низкое удобство установки в теплообменное средство, поскольку, подобно предыдущему аналогу, нуждается в большом количестве полупроводниковых пар для генерирования необходимого количества электроэнергии, достаточной для питания бытовых электроприборов, зарядки элементов питания переносных электронных устройств, что соответственно увеличивает площадь подложки, по обе стороны которой закреплены полупроводники. Большая площадь горизонтально ориентированной подложки, в свою очередь, требует больших габаритных размеров пространства для установки, что особенно критично, если известный аналог предназначен для установки вовнутрь устройства, например, в его корпус. При этом известный аналог требует нагревания и охлаждения металлических контактов на краевых частях полупроводников, что в свою очередь обусловливает потребность в дополнительных конструктивных элементах для указанного нагревания и охлаждения с обеих сторон от подложки, что требует дополнительного пространства для размещения известного аналога.

Известный аналог имеет низкую эффективность, мощность и узкую сферу применения, поскольку подобно предыдущему аналогу полупроводники n-типа и p-типа, имеющиеся в его конструкции, не является варизонными, что значительно снижает количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, и обусловливает необходимость в большом количестве общеизвестных полупроводниковых пар. Ограниченное количество электрической энергии, которую генерирует известный аналог, не способно питать или заряжать питающие элементы широкого круга устройств и обусловливает использование известного аналога исключительно в устройствах, для которых является достаточным небольшое количество генерируемой электрической энергии.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является термоэлектрическое устройство (патент на изобретение US 2009084421 А1, МПК H01L 35/32, H01L 35/34, С23С 14/34, опубликован 02.04.2009 г.), которое включает гибкую подложку из полимерного диэлектрического материала и два соединенных с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок соединен с выводами и включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом полупроводников p-типа и n-типа, которые расположены друг над другом в каждом полупроводниковом блоке с образованием гетероперехода.

Недостатками известного аналога являются низкая эффективность, прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию, большие габаритные размеры, низкая мощность, низкое удобство установки в теплообменное средство и узкая сфера применения, которые обусловлены конструкцией известного аналога, а также составом полупроводников. Поскольку подложка ближайшего аналога выполнена из гибкого полимерного материала и, по сути, является плёнкой, а сам ближайший аналог является плёнкой из нескольких горизонтально ориентированных слоев, нагрев и охлаждение полупроводниковых блоков, необходимые для возникновения эффекта Зеебека и генерирования электрического тока, при длительном использовании ближайшего аналога могут деформировать и повредить подложку, что, в свою очередь, приводит к разрушению расположенных на ней полупроводниковых блоков. Кроме того коэффициент температурного расширения полимерных материалов является значительным, что, в свою очередь обусловливает большое расширение подложки при нагревании и большое сжатие подложки ближайшего аналога во время охлаждения, что также негативно влияет на целостность ближайшего аналога и обусловливает его низкую прочность и устойчивость к температурному расширению и сжатию.

Известный аналог имеет большие габаритные размеры и низкое удобство установки в теплообменное средство, поскольку для генерирования достаточно большого количества электрической энергии необходима плёночная полоса большой длины с большой площадью поверхности полупроводниковых блоков, что, в свою очередь, обусловливает необходимость в большой площади для её размещения, несмотря на относительно небольшую толщину ближайшего аналога. Кроме того нагрев и охлаждение ближайшего аналога требует установки большого количества нагревательных и охлаждающих устройств с большой площадью элементов, которые охлаждаются или нагреваются, их присоединения к полупроводниковым блокам, что требует больших затрат материалов, множества сложных операций, дополнительного пространства и является неудобным. Ближайший аналог также является неудобным, поскольку все операции, связанные с его установкой в теплообменное средство, исходя из его конструктивного решения, необходимо проводить полностью развернув ближайший аналог, что также создает риск повреждения ближайшего аналога в результате неосторожных действий пользователя.

Подобно предыдущим аналогам, полупроводники ближайшего аналога не является варизонными полупроводниками, что обусловливает его низкую мощность, низкую эффективность и узкую сферу применения, поскольку термоэлектрический генератор, который производит небольшое количество электрической энергии, имея большие габаритные размеры, может быть использован для питания или зарядки очень ограниченного круга устройств. Использование полупроводников p-типа и n-типа, которые не имеют варизонного строения, уменьшает количество электрической энергии, которое может быть генерировано ближайшим аналогом путём поглощения тепла из теплообменного средства и вследствие протекания в нём термоэлектрических процессов.

Технической задачей заявленного изобретения является создание нового модуля термоэлектрической батареи, который имеет повышенный коэффициент полезного действия и большую мощность, большую устойчивость к перепадам температуры и температурному расширению и сжатию его конструктивных элементов, в частности подложки, а также малые габаритные размеры.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в модуле термоэлектрической батареи, включающем подложку и два соединённых с ней полупроводниковых блока, один из которых расположен на одной стороне подложки, а другой - на другой стороне подложки, при этом каждый полупроводниковый блок включает по меньшей мере одну пару соединенных друг с другом полупроводников, согласно предложению, подложка выполнена из проводникового материала, полупроводники являются варизонными, при этом в каждом полупроводниковом блоке широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой.

При этом, согласно предложению, узкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из германия, широкозонная сторона каждого полупроводника выполнена из кремния, а подложка выполнена из молибдена.

Также, согласно предложению, полупроводниковые блоки выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки.

Вместе с тем, согласно предложению, на внешних поверхностях полупроводниковых блоков закреплены омические контакты с контактными поверхностями, выполненные с возможностью отбора тепла с теплоносителя, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков и к подложке присоединено по выводу.

Кроме того, согласно предложению, один полупроводниковый блок содержит по меньшей мере две отдельные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.

Кроме того, согласно предложению, подложка выполнена разъёмной и содержит две пластины из проводникового материала, выполненные с возможностью разъединения.

Техническим результатом является повышение прочности и стойкости к температурному расширению и сжатию, уменьшение габаритных размеров, обеспечение беспрепятственного переноса тепла тепловым потоком от внешних сторон полупроводниковых блоков к подложке и через неё с повышением коэффициента полезного действия и мощности, повышение удобства установки в теплообменное средство и расширение сферы применения. Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и ожидаемым техническим результатом заключается в следующем.

Указанный выше технический результат обеспечивается за счёт усовершенствования конструкции модуля термоэлектрической батареи, а именно выполнения подложки из проводникового материала, взаимного расположения полупроводников в полупроводниковых блоках, а также за счёт наличия в полупроводниковых блоках варизонных полупроводников.

Поскольку подложка заявленного модуля термоэлектрической батареи выполнена из проводникового материала, которым обычно является металл или сплав нескольких металлов, указанная подложка имеет значительно большую прочность, устойчивость к большим и малым температурам, а также устойчивость к перепадам температуры, чем подложки из полимерных материалов. Кроме того, большинство проводниковых материалов имеют малый коэффициент температурного расширения, что устраняет возможность деформации или повреждения заявленного модуля вследствие температурного расширения и сжатия подложки, открепления полупроводниковых блоков от подложки и т.д. При этом выполнение подложки из проводникового материала позволяет использовать её в качестве омического контакта, упрощает конструкцию заявленного модулю термоэлектрической батареи, а ее повышенная прочность устраняет возможность повреждения заявленного модуля в результате неосторожных действий пользователя при установке в теплообменное средство.

Выполнение подложки из проводникового материала также повышает эффективность и мощность заявленного модуля термоэлектрической батареи, поскольку проводниковые материалы имеют малую теплоёмкость и высокую проводимость, что позволяет им как пропускать через себя тепловые потоки, так и избегать чрезмерного нагревания, а также позволяет осуществить генерирование электрической энергии за счёт поглощения теплового потока, который поступил из одного полупроводникового блока, другим полупроводниковым блоком.

Наличие в полупроводниковых блоках варизонных полупроводников, которые расположены таким образом, что широкозонная сторона по меньшей мере одного варизонного полупроводника в полупроводниковом блоке соединена с узкозонной стороной по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника, широкозонная сторона которого соединена с подложкой, позволяет повысить эффективность и мощность заявленного модуля, а также обеспечить беспрепятственный перенос тепла тепловым потоком от внешних сторон полупроводниковых блоков к подложке и через неё, поскольку таким образом обеспечивается тепловое движение неосновных носителей заряда в варизонных полупроводниках и односторонняя суперинженкция неосновных носителей заряда при их избыточной концентрации через образованный между варизонными полупроводниками гетеропереход, что приводит к появлению мощных диффузионного и дрейфового тока и генерированию большого количества электрической энергии. Эффект Зеебека, возникающий в неоднородно нагретом по меньшей мере одном варизонном полупроводнике в каждом полупроводниковом блоке, позволяет создать электродвижущую силу, которая при заявленном расположении варизонных полупроводников способствует переносу носителей заряда и позволяет получить дополнительную электрическую энергию в результате указанного выше неоднородного нагревания. При этом, будучи небольшими по размерам и площади, полупроводниковые блоки заявленного модуля генерируют большее количество электрической энергии, чем известные аналоги, что позволяет им питать или заряжать элементы питания широкого круга устройств и расширяет сферу их применения.

Поскольку полупроводниковые блоки могут генерировать повышенное количество электрической энергии при небольших габаритных размерах, а также расположены на удобной в использовании и прочной подложке, заявленный модуль можно легко установить в любое теплообменное средство, которое будет нагревать внешние стороны полупроводниковых блоков, а также компоновать в компактные термоэлектрические батареи. При этом благодаря конструкции заявленного модуля устраняется необходимость в громоздких дополнительных устройствах для нагревания и охлаждения полупроводниковых блоков, присоединения выводов, удержания заявленного модуля в теплообменном средстве и т.д.

Выполнение узкозонной стороны каждого полупроводника из германия, широкозонной стороны каждого полупроводника из кремния упрощает и удешевляет производство варизонных полупроводников для полупроводникового блока, поскольку данные химические элементы не являются редкими, имеют небольшую стоимость и могут быть объединены в составе варизонного полупроводника без использования сложного оборудования, больших затрат энергии, труда и времени с помощью хорошо известных способов. Вместе с тем кремний и германий имеют необходимую для эффективной работы заявленного термоэлектрического генератора разницу в ширине запрещённой зоны, а также легко легируются акцепторными и донорными примесями. При этом кремний и германий не являются высокотоксичными химическими элементами, что делает изготовленные из них варизонные полупроводники безопасными для пользователя заявленного термоэлектрического генератора и окружающей среды.

Выполнение подложки из молибдена повышает прочность и устойчивость заявленного модуля к температурному расширению и сжатию, поскольку молибден, вместе с хорошими проводниковыми свойствами, имеет большую прочность и очень низкий коэффициент теплового расширения, что делает толщину и площадь подложки практически неизменной при температурных колебаниях, возникающих при работе заявленного модуля, а также предотвращает механическое повреждение подложки и заявленного модуля. При этом молибден обладает большой теплопроводностью, что позволяет беспрепятственно переносить носители заряда с одного полупроводникового блока к другому для генерирования дополнительного количества электрической энергии.

Закрепление на внешних поверхностях полупроводниковых блоков омических контактов с контактными поверхностями, выполненных с возможностью отбора тепла из теплоносителя позволяет повысить эффективность и мощность заявленного модуля за счёт более интенсивного отбора тепла из теплоносителя для образования более мощных термоэлектрических явлений в варизонных полупроводниках полупроводниковых блоков.

Выполнение полупроводниковых блоков в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки, позволяет уменьшить габаритные размеры заявленного модуля, поскольку при таком выполнении полупроводниковых блоков заявленный модуль имеет минимальную толщину, что, в свою очередь, позволяет при необходимости разместить большее количество заявленных модулей в теплообменном средстве.

Конструкция заявленного модуля термоэлектрической батареи поясняется с помощью следующих изображений:

Фиг. 1 - Вид заявленного модуля термоэлектрической батареи.

Фиг. 2 - Вид варианта выполнения заявленного модуля термоэлектрической батареи с полупроводниковым блоком, который содержит по меньшей мере две обособленные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников, расположенные напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников другого полупроводникового блока.

В изображениях использованы следующие условные обозначения:

- ^ - направление тепловых потоков

^ - дрейфовый ток - диффузионный ток

- ВЫВОДЫ Ge - узкозонные стороны варизонных полупроводников, выполненные из германия в варианте выполнения;

Si - широкозонные стороны варизонных полупроводников, выполненные из кремния в варианте выполнения.

На чертеже схематично изображён предпочтительный, но не исключительный, вариант выполнения заявленного модуля термоэлектрической батареи, включающий подложку 1 и два полупроводниковых блока 2. На внешних поверхностях полупроводниковых блоков 2 закреплены омические контакты 4 с контактными поверхностями, и к каждой внешней поверхности полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1 присоединено по выводу 5.

Подложка 1 соединена с полупроводниковыми блоками 2 и выполнена из проводникового материала. В предпочтительном варианте выполнения заявленного модуля подложка 1 выполнена из молибдена и представляет собой пластину, расположенную между полупроводниковыми блоками 2, а именно между широкозонными сторонами варизонных полупроводников 3, прилегающих к подложке 1. Подложка 1 , выполненная из молибдена, может быть покрыта слоем силицида молибдена, необходимого для облегчения эпитаксии полупроводниковых плёнок на подложке. Также, в варианте исполнения, подложка 1 может быть разъёмной и состоять из двух пластин из проводникового материала, выполненных с возможностью разъединения.

Полупроводниковые блоки 2 соединены с подложкой 1. Такое соединение может быть достигнуто, например, спаиванием или формированием полупроводниковых блоков 2 на подложке 1, например, путём эпитаксиальной диффузии. Один из полупроводниковых блоков 2 расположен на одной стороне подложки 1, а другой - на другой стороне подложки 1, при этом каждый полупроводниковый блок 2 включает по меньшей мере одну пару соединённых друг с другом варизонных полупроводников 3. Полупроводниковые блоки 2 могут быть выполнены в виде плёнок, нанесённых на стороны подложки 1. В варианте выполнения один полупроводниковый блок 2 содержит, по меньшей мере, две обособленные пары соединённых друг с другом в пару полупроводников 3, которые расположены напротив по меньшей мере двух обособленных пар соединённых друг с другом в пару полупроводников 3 другого полупроводникового блока 2.

Варизонные полупроводники 3 являются составными частями полупроводниковых блоков 2 и расположены таким образом, что широкозонная сторона Si по меньшей мере одного варизонного полупроводника 3 в полупроводниковом блоке 2 соединена с узкозонной стороной Ge по меньшей мере одного другого варизонного полупроводника 3, широкозонная сторона Si которого соединена с подложкой. В предпочтительном варианте выполнения узкозонная сторона каждого варизонного полупроводника 3 выполнена из германия, широкозонная сторона каждого варизонного полупроводника 3 выполнена из кремния. Вместе с тем узкозонные и широкозонные стороны варизонных полупроводников 3 могут быть выполнены из других полупроводниковых материалов, которые имеют необходимую разницу в ширине запрещенной зоны. Также варизонные полупроводники 3 могут быть легированы акцепторными и донорными примесями, а также иметь слой материала с собственной проводимостью в вариантах выполнения заявленного модуля.

Омические контакты 4 выполнены на наружных поверхностях полупроводникового блока 2, которые являются внешними поверхностями варизонных полупроводников 3. В варианте выполнения омические контакты 4 представляют собой неразъёмно соединенные с внешними поверхностями полупроводникового блока 2 горизонтально ориентированные пластины, которые в предпочтительном варианте выполнения заявленного изобретения выполнены из алюминия. Вместе с тем омические контакты 4 могут быть выполнены из другого материала, который обладает высокой теплопроводностью, химической стойкостью и устойчивость к действию высокой температуры. Выводы 5 присоединены к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1. В предпочтительном варианте выполнения выводы 5 содержат металлические контакты, присоединенные к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1, и покрыты изоляционным покрытием. Также выводы 5 могут быть разъёмно присоединены к узкозонным сторонам Ge полупроводниковых блоков 2 и к подложке 1, например, с использованием прижимным средств. Материалом металлических контактов для выводов 5 может быть, например, медь или другие химические элементы с выраженными металлическими свойствами.

Заявленный модуль термоэлектрической батареи используют следующим образом.

Сначала модуль термоэлектрической батареи наряду с другими идентичными или подобными модулями устанавливают в термоэлектрическую батарею, частью которой он является. При этом модули термоэлектрической батареи устанавливают в теплообменное средство таким образом, чтобы омические контакты 4 были расположены между двумя средствами переноса теплоносителя, которые входят в состав теплообменного средства и по которым проходит жидкий или газообразный теплоноситель. Такими средствами переноса теплоносителя могут быть, например, трубы змеевика солнечного коллектора, составные части обогревательных устройств или другие подобные средства. Таким образом омические контакты 4 вступают в непосредственный контакт с поверхностями средств для переноса теплоносителя или с контактными элементами, выполненными с возможностью отбора тепла из теплоносителя в теплообменном средстве. После этого теплоноситель, находящийся в указанных средствах для переноса, нагревают внешним источником тепла, например, с помощью топлива, газа или аккумулированными солнечными лучами.

Далее контакты выводов 5 подсоединяют, например, к преобразователю ток-напряжение, образуя электрическую цепь. Тепловая энергия с теплоносителя проходит через омические контакты 4, через наружные поверхности полупроводниковых блоков 2 и неравномерно нагревает варизонные полупроводники 3, что запускает процесс работы заявленного модуля термоэлектрической батареи. Вследствие движения носителей заряда между сторонами варизонных полупроводников 2 и через образованные между варизонными полупроводниками 3 гетеропереходы возникает диффузионный ток и дрейфовый ток. При этом между нагретой частью полупроводникового блока 2 и менее нагретой частью полупроводникового блока 2, возникает эффект Зеебека, который приводит к генерированию дополнительного количества электрической энергии и ЭДС, которая способствует переносу носителей заряда в варизонных полупроводниках 3. Часть теплового потока, которая проходит через подложку 1 от одного полупроводникового блока 2 к другому полупроводникового блока 2 также генерирует дополнительное количество электроэнергии.

Таким образом в образованной электрической цепи появляется электрический ток, который через выводы 5 направляется, например, к преобразователю или преобразователям ток-напряжение и может быть использован для питания бытовых электроприборов, технического оборудования, зарядки элементов питания переносных электронных устройств и другого.

Для прекращения работы заявленного модуля термоэлектрической батареи достаточно отсоединить провода выводов 5 от устройства, что замыкает электрическую цепь, или прекратить нагревание теплоносителя, или изъять заявленный модуль термоэлектрической батареи из термоэлектрической батареи, частью которой он является.

Сравнительный анализ вышеуказанного технического решения с наиболее близким аналогом, показал, что реализация совокупности существенных признаков, характеризующих предложенное изобретение, приводит к появлению качественно новых указанных выше технических свойств, совокупность которых была установлена ранее из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».

В существующих источниках патентной и научно-технической информации не обнаружен модуль термоэлектрической батареи, который имеет заявленную совокупность существенных признаков, поэтому представленное техническое решение соответствует критерию «новизна».

Предложенное техническое решение является промышленно применимым, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов и материалов, которые невозможно воспроизвести на современном этапе развития техники в условиях промышленного производства.