半導體制冷又稱(chēng)電子制冷，或者溫差電制冷，是從50年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)介于制冷技術(shù)和半導體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導體材料構成的P-N結，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾帖效應，即通過(guò)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(chēng)為世界三大制冷方式。

　　1834年，法國物理學(xué)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)現一個(gè)接頭變熱，另一個(gè)接頭變冷；這個(gè)現象后來(lái)就被稱(chēng)為“帕爾帖效應”。“帕爾帖效應”的物理原理為：電荷載體在導體中運動(dòng)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(dòng)時(shí)，就會(huì )釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現為制冷）。

　　所以，“半導體制冷”的效果就主要取決于電荷載體運動(dòng)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(lái)做小型的熱電制冷器。但當時(shí)由于使用的金屬材料的熱電性能較差，能量轉換的效率很低，熱電效應沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)應用。直到本世紀五十年代，蘇聯(lián)科學(xué)院半導體研究所約飛院士對半導體進(jìn)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(shí)踐應用后，有眾多的學(xué)者進(jìn)行研究到六十年代半導體致冷材料的優(yōu)值系數，達到相當水平，才得到大規模的應用。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(jìn)一步開(kāi)發(fā)熱電制冷的應用領(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(diǎn)是沒(méi)有滑動(dòng)部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無(wú)制冷劑污染的場(chǎng)合。

　　半導體制冷片的工作運轉是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過(guò)改變直流電流的極性來(lái)決定在同一制冷片上實(shí)現制冷或加熱，這個(gè)效果的產(chǎn)生就是通過(guò)熱電的原理，上圖就是一個(gè)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(gè)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)結成電偶對時(shí)，在這個(gè)電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉移，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(guò)電流的大小以及半導體材料N、P的元件對數來(lái)決定。

　　制冷片內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(diǎn)是熱電制冷的溫差電效應。1、塞貝克效應（SEEBECKEFFECT）一八二二年德國人塞貝克發(fā)現當兩種不同的導體相連接時(shí)，如兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫差，則在導體中產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢：ES=S.△T式中：ES為溫差電動(dòng)勢S（？）為溫差電動(dòng)勢率（塞貝克系數）△T為接點(diǎn)之間的溫差2、珀爾帖效應（PELTIEREFFECT）

　　一八三四年法國人珀爾帖發(fā)現了與塞貝克效應的效應，即當電流流經(jīng)兩個(gè)不同導體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì )產(chǎn)生放熱和吸熱現象，放熱或吸熱大小由電流的大小來(lái)決定。Qл=л。Iл=aTc式中：Qπ為放熱或吸熱功率π為比例系數，稱(chēng)為珀爾帖系數I為工作電流a為溫差電動(dòng)勢率Tc為冷接點(diǎn)溫度3、湯姆遜效應（THOMSONEFFECT）當電流流經(jīng)存在溫度梯度的導體時(shí)，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(diǎn)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(xué)院半導體研究所約飛院士對半導體進(jìn)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)應用半導體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

　　1、不需要任何制冷劑，可連續工作，沒(méi)有污染源沒(méi)有旋轉部件，不會(huì )產(chǎn)生回轉效應，沒(méi)有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒(méi)有震動(dòng)、噪音、壽命長(cháng)，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(gè)片件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。3、半導體制冷片是電流換能型片件，通過(guò)輸入電流的控制，可實(shí)現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實(shí)現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動(dòng)控制系統。4、半導體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時(shí)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發(fā)電。6、半導體制冷片的單個(gè)制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類(lèi)型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統的話(huà)，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(wàn)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(shí)現。

　　通過(guò)以上分析，半導體溫差電片件應用范圍有：制冷、加熱、發(fā)電，制冷和加熱應用比較普遍，有以下幾個(gè)方面：1、軍事方面：導彈、雷達、潛艇等方面的紅外線(xiàn)探測、導行系統。2、醫療方面；冷力、冷合、白內障摘除片、血液分析儀等。3、實(shí)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(shí)驗儀片。4、專(zhuān)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、細菌培養箱、恒溫顯影槽、電腦等。5、日常生活方面：空調、冷熱兩用箱、飲水機、電子信箱、電腦以及其他電器等。此外，還有其它方面的應用，這里就不一一提了。