1911年Altenkirch首次提出将Peltier效应用于制冷,但直至1950s,碲化铋基热电材料的出现实现了可观的制冷效果,才引起学者们的兴趣。然而,由于热电制冷的效率较压缩式制冷低很多,研究在1960s中期停止。自《蒙特利尔议定书》1989.1.1生效以来,才又让学者们重新产生兴趣。如今,热电冷却技术的商业化已经实现了数十年,是目前唯一商业化应用的固体制冷技术。
近年来,在绿色低碳的发展背景下和快速发展的电子信息、医疗健康等技术需求下,热电制冷技术的应用市场不断扩大。一方面,热电材料得到了快速发展,可商业化应用的Bi2Te3基热电材料的ZT值已提升至1.0左右,而实验室制备的Bi2Te3基p型热电材料的ZT值已高至1.86@320K,n型高至1.31@300K。但由于碲金属非常稀缺,在热电制冷需求急剧增长的趋势下,新发现的Mg基、Se基热电材料被认为是最有潜力的替代材料。另一方面,微型热电制冷器是保障5G光通讯、车载激光雷达芯片精准控温的关键,随着5G等技术的提速升级,使得微型热电制冷器的需求急剧提升,但由于其90%依赖进口,涉及网络安全、无人驾驶等领域,面临着“卡脖子”危机,目前国内产学研用联合体正围绕材料-界面-器件-系统开展协同技术攻关,以实现其国产化替代。
——华中科技大学 申利梅