Преимущества использования термоэлектрических модулей.

Охлаждающие устройства на основе термоэлектрических модулей (элементы Пельтье) выполняют те же функции, что и традиционные компрессионные или абсорбционные агрегаты холодильников, работающие на основе хладагентов. 

Обычный способ охлаждения аппаратуры и устройств с помощью радиаторов состоит в общем случае в приёме на себя радиатором выделяющегося охлаждаемым объектом тепла, распределением принятого тепла по своему внутреннему объёму радиатора и рассеивание тепла с оребрённой поверхности. Вне зависимости от конструкции радиатора его температура всегда будет ниже температуры охлаждаемого объекта в соответствии с законом термодинамики. Для интенсификации теплового обмена, возможности получения температуры охлаждаемого объекта ниже температуры окружающей среды служат термоэлектрические модули (элементы Пельтье), выполняющие функцию тепловых насосов.

Использование термоэлектрических модулей имеет ряд преимуществ:

• отсутствие движущихся и изнашивающихся частей

• экологическая чистота

• отсутствие рабочих жидкостей и газов

• бесшумность работы

• малый размер и вес

• возможность плавного и точного регулирования холодопроизводительности и температурного режима

• устойчивость к механическим воздействиям

• возможность работы в любом пространственном положении

• легкость перехода из режима охлаждения в режим нагрева

Указанные преимущества делают термоэлектрические модули очень популярными, что подтверждается постоянным ростом спроса на них во всем мире и возникновением новых областей их использования.

1.2.2 Бинарные соединения.

Соединения на основе теллурида висмута Bi2Te3 являются одними из наиболее известных материалов, используемых в высокоэффективных ТЭ модулях. Двойные соединения Bi₂Te₃ и Sb₂Te₃ отклоняются от стехиометрии в сторону элементов пятой группы [4]. В Bi2Te3 наблюдается отклонение от стехиометрии в сторону избытка висмута только при высоких температурах, близких к началу кристаллизации. С понижением температуры область гомогенности на основе Bi2Te3 расширяется, и ниже 484 °С стехиометрический состав лежит внутри этой области. Поэтому кристаллы, полученные непосредственно из стехиометрического расплава, имеют р-тип проводимости. В Sb₂Te₃ область гомогенности лежит вне стехиометрического состава и соединение Sb₂Te₃ имеет устойчивый р-тип проводимости.

В системе Bi – Te, диаграмма которой изображена на рисунке 3, образуются семь промежуточных фаз: Bi₇Te₉, Bi₆Te₇, Bi₄Te₅, Bi₄Te₃, Bi₂Te, BiTe и Bi₂Te₃ [11]. Фаза Bi2Te3 плавится конгруэнтно, остальные соединения – инконгруэнтно.

Установлено, что максимум температуры плавления Bi2Te3 смещен от стехиометрического состава в сторону избытка Bi, атомная доля Те составляет 59,94 – 59,96 %. Вследствие этого из стехиометрического расплава кристаллизуется соединение с избытком Bi относительно стехиометрии. Смещение стехиометрии приводит к тому, что кристаллы теллурида висмута, полученные кристаллизацией из расплава стехиометрического состава, имеют проводимость р-типа.

Солидус со стороны, богатой висмутом, имеет ретроградный характер. Температура плавления Bi2Te3 составляет 584,9 °С при атомной доли теллура 59,90 %.

Диаграмма состояния Sb – Te показана на рисунке 4.

Рис. 3 – Диаграмма состояния системы Bi – Te [11]

Рис. 4 – Диаграмма состояния Sb – Te [4]

Конгруэнтная точка на диаграмме состояния Sb – Te совпадает со стехиометрическим составом Sb2Te3. При температурах выше 400 °С существует область гомогенности Sb2Te3, смещающаяся при понижении температуры в сторону избытка сурьмы, что обусловливает дырочную проводимость Sb2Te3. Ретроградная растворимость теллура в фазе, содержащей 59,2 % Te обуславливает то, что при охлаждении материала, выращенного из стехиометрического расплава, происходит выделение жидкой фазы, обогащенной теллуром.