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。

　　1834年，法國物理學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極上，通電后，他驚奇的發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，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，即熱電勢差。純金屬的導電導熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。半導體材料具有極高的熱電勢，可以成功的用來做小型的熱電制冷器。但當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。直到本世紀五十年代，蘇聯(lián)科學院半導體研究所約飛院士對半導體進行了大量研究，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體材料，至今還是溫差致冷中半導體材料的一種主要成份。約飛的理論得到實踐應(yīng)用后，有眾多的學者進行研究到六十年代半導體致冷材料的優(yōu)值系數(shù)，達到相當水平，才得到大規(guī)模的應(yīng)用。80年代以后，半導體的熱電制冷的性能得到大幅度的提高，進一步開發(fā)熱電制冷的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　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。

　　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（如右圖），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)。1、塞貝克效應(yīng)（SEEBECKEFFECT）一八二二年德國人塞貝克發(fā)現(xiàn)當兩種不同的導體相連接時，如兩個連接點保持不同的溫差，則在導體中產(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)（PELTIEREFFECT）

　　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)，即當電流流經(jīng)兩個不同導體形成的接點時，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。Iл=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、湯姆遜效應(yīng)（THOMSONEFFECT）當電流流經(jīng)存在溫度梯度的導體時，除了由導體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導體兩點之間，其放熱量或吸熱量為：Qτ=τ。I.△TQτ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五十年代，蘇聯(lián)科學院半導體研究所約飛院士對半導體進行了大量研究，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體材料，至今還是溫差制冷中半導體材料的一種主要成份。

　　制冷片的技術(shù)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、導行系統(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。此外，還有其它方面的應(yīng)用，這里就不一一提了。