一、熱電偶發電

熱電偶發電是指利用熱電效應將溫差轉化為(wei) 電能的過程。熱電偶發電依靠的是兩(liang) 種不同材質形成的熱電偶接在一起，熱電偶的一端加熱，另一端為(wei) 低溫端，兩(liang) 端之間就會(hui) 產(chan) 生電壓差，從(cong) 而實現電能轉化。熱電偶發電的優(you) 點是結構簡單，易於(yu) 製造，但電能轉化效率相對較低。

二、溫差發電片

溫差發電片是指采用熱電材料和金屬箔交替堆積組成的薄片，在溫差作用下產(chan) 生電能的一種器件。溫差發電片主要原理是溫差產(chan) 生梯度，使熱電材料兩(liang) 端具有不同的電勢差，從(cong) 而實現電能轉化。溫差發電片成品具有極高的效率和輸出功率密度，應用範圍廣泛。

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▲溫差發電片的結構和半導體(ti) 製冷片的結構原理一樣

1821年，賽貝克發現，把兩(liang) 種不同的金屬導體(ti) 接成閉合電路時，如果把它的兩(liang) 個(ge) 接點分別置於(yu) 溫度不同的兩(liang) 個(ge) 環境中，則電路中就會(hui) 有電流產(chan) 生。這一現象稱為(wei) 塞貝克(Seebeck)效應，這樣的電路叫做溫差電偶，這種情況下產(chan) 生電流的電動勢叫做溫差電動勢。例如，鐵與(yu) 銅的冷接頭為(wei) 1℃，熱接頭處為(wei) 100℃，則有5.2mV的溫差電動勢產(chan) 生。
用半導體(ti) 製成的溫差電池賽貝克效應較強，熱能轉化為(wei) 電能的效率也較高，因此，可將多個(ge) 這樣的電池組成溫差電堆，作為(wei) 小功率電源。它的工作原理是，將兩(liang) 種不同類型的熱電轉換材料N型和P型半導體(ti) 的一端結合並將其置於(yu) 高溫狀態，另一端開路並給以低溫時，由於(yu) 高溫端的熱激發作用較強，空穴和電子濃度也比低溫端高，在這種載流子濃度梯度的驅動下，空穴和電子向低溫端擴散，從(cong) 而在低溫開路端形成電勢差;如果將許多對P型和N型熱電轉換材料連接起來組成模塊，就可得到足夠高的電壓,形成一個(ge) 溫差發電機。

塞貝克效應（Seebeck effect）又稱作第一熱電效應，是指由於(yu) 兩(liang) 種不同電導體(ti) 或半導體(ti) 的溫度差異而引起兩(liang) 種物質間的電壓差的熱電現象。一般規定熱電勢方向為(wei) ：在熱端電子由負流向正。
熱電現象：在兩(liang) 種金屬A和B組成的回路中，如果使兩(liang) 個(ge) 接觸點的溫度不同，則在回路中將出現電流，稱為(wei) 熱電流。相應的電動勢稱為(wei) 熱電勢，其方向取決(jue) 於(yu) 溫度梯度的方向。
塞貝克效應的成因可以簡單解釋為(wei) 在溫度梯度下導體(ti) 內(nei) 的載流子從(cong) 熱端向冷端運動，並在冷端堆積，從(cong) 而在材料內(nei) 部形成電勢差，同時在該電勢差作用下產(chan) 生一個(ge) 反向電荷流，當熱運動的電荷流與(yu) 內(nei) 部電場達到動態平衡時，半導體(ti) 兩(liang) 端形成穩定的溫差電動勢。半導體(ti) 的溫差電動勢較大，可用作溫差發電器。

溫差電技術研究始於(yu) 20世紀40年代，於(yu) 20世紀60年代達到高峰，並成功地在航天器上實現了長時發電。當時美國能源部的空間與(yu) 防禦動力係統辦公室給出鑒定稱，“溫差發電已被證明為(wei) 性能可靠，維修少，可在極端惡劣環境下長時間工作的動力技術”。近幾年來，溫差發電機不僅(jin) 在軍(jun) 事和高科技方麵，而且在民用方麵也表現出了良好的應用前景。
在遠程空間探索方麵，人們(men) 從(cong) 上個(ge) 世紀中葉以來不斷將目標投向更遠的星球，甚至是太陽係以外的遠程空間，這些環境中太陽能電池很難發揮作用，而熱源穩定，結構緊湊，性能可靠，壽命長的放射性同位素溫差發電係統則成為(wei) 理想的選擇。因為(wei) 一枚硬幣大小的放射性同位素熱源，就能提供長達20年以上的連續不斷的電能，從(cong) 而大大減輕了航天器的負載，這項技術已先後在阿波羅登月艙、先鋒者、海盜、旅行者、伽利略和尤利西斯號宇宙飛船上得到使用。
此外，據德國《科學畫報》雜誌報道，來自德國慕尼黑的一家芯片研發企業(ye) 研究出的這種新型電池，主要由一個(ge) 可感應溫差的矽芯片構成。當這種特殊的矽芯片正麵“感受”到的溫度較之背麵溫度具有一定溫差時，其內(nei) 部電子就會(hui) 產(chan) 生定向流動，從(cong) 而產(chan) 生微電流。負責研發這種電池的科學家溫納·韋伯介紹說，“隻要在人體(ti) 皮膚與(yu) 衣服等之間有5℃的溫差，就可以利用這種電池為(wei) 一塊普通的腕表提供足夠的能量”。
雖然溫差發電已有諸多應用,但長久以來受熱電轉換效率和較大成本的限製,溫差電技術向工業(ye) 和民用產(chan) 業(ye) 的普及受到很大製約。雖然最近幾年隨著能源與(yu) 環境危機的日漸突出，以及一批高性能熱電轉換材料的開發成功，溫差電技術的研究又重新成為(wei) 熱點，但突破的希望還是在於(yu) 轉換效率的穩定提高。可以設想一下，在溫差電池技術成熟以後，我們(men) 的手機、筆記本電腦電池就可以利用身體(ti) 與(yu) 外界的溫度差發電，而大大延長其使用時間。

三、熱電偶發電和溫差發電片的效率對比

1、熱電偶發電的效率取決(jue) 於(yu) 熱電偶的材質和溫度差異。常見的熱電偶材料有銅-銅鎳、鉻-鋁，效率一般在2%左右。而溫差發電片的效率取決(jue) 於(yu) 熱電材料的選擇和溫差的大小，現在市麵上常見的溫差發電片效率可以達到15%~20%，甚至更高。因此，從(cong) 效率上來看，溫差發電片明顯優(you) 於(yu) 熱電偶發電。

2、溫差發電片發電效率
‌溫差發電片的發電效率通常受到多種因素的影響，包括材料性能、溫差大小、以及技術發展水平等。對於(yu) 純金屬溫差發電片，其發電效率可能受到限製，因為(wei) 純金屬材料本身的熱電性能可能不足以支持高效率的電力轉換。例如，早期的溫差發電機由‌前蘇聯在1942年研製成功，其發電效率僅(jin) 為(wei) 1.5%至2%。‌

然而，隨著高性能熱電轉換材料的開發，溫差發電技術的效率有所提高。例如，使用‌碲化鉍等材料製成的溫差發電片，在特定條件下可能實現更高的效率。盡管目前溫差發電的效率一般不超過14%，但隨著技術的進步，有望進一步提高。‌

此外，溫差發電技術的實際應用中，如‌海洋溫差發電，其能量轉化效率已達到3%至4%，並且有潛力進一步提高至5%至6%甚至更高。這表明溫差發電技術在未來有望實現更高的效率和更廣泛的應用。

總的來說，熱電偶發電和溫差發電片都是應用廣泛的溫差發電技術，但它們(men) 的原理和效率有所不同。如果追求效率，溫差發電片是更好的選擇。