一种碲化铋基热电器件及其制备方法

摘要

本发明涉及一种碲化铋基热电器件及其制备方法，所述碲化铋基热电器件包括：碲化铋基质层、通过电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀形成于所述碲化铋基质层上的减阻层、以及通过电弧喷涂依次形成于所述减阻层上的阻挡层、应力缓冲层、和电极层。本发明提供的碲化铋基热电器件具有低界面接触电阻率、高界面稳定性且工艺简单稳定的特点。

权利要求

1.一种碲化铋基热电器件，其特征在于，包括：碲化铋基质层、通过电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀形成于所述碲化铋基质层上的减阻层、以及通过电弧喷涂依次形成于所述减阻层上的阻挡层、应力缓冲层、和电极层，其中，所述减阻层由金属铜组成，厚度为

0.001～0.05 mm，所述阻挡层由金属钼组成，厚度为0.001～1mm，所述应力缓冲层由金属铜组成，厚度为0.01～1 mm，所述电极层由金属铝组成，厚度为0.1～3 mm，所述热电器件2

界面电阻率小于10 μΩcm。

2.根据权利要求1所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述碲化铋基质层由p型或n型碲化铋基块体材料形成。

3.根据权利要求1所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述减阻层的厚度为

0.001～0.03 mm。

4.根据权利要求3所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述减阻层的厚度为

0.005～0.01 mm。

5.根据权利要求1所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述阻挡层的厚度为

0.02～0.1 mm。

6.根据权利要求1所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述应力缓冲层的厚度为

0.02～0.08 mm。

7.根据权利要求1所述的碲化铋基热电器件，其特征在于，所述电极层的厚度为0.5～

2 mm。

8.一种制备权利要求1～7中任一项所述的碲化铋基热电器件的方法，其特征在于，包括：步骤1：通过区熔方法、烧结方法、热挤压方法、或粉末冶金方法制得碲化铋基块体热电材料，并切割至所需尺寸形成所述碲化铋基质层；

步骤2：采用电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀的方法在所述碲化铋基质层上喷涂减阻材料得到所述减阻层；

步骤3：采用电弧喷涂的方法在所述减阻层上喷涂阻挡材料得到所述阻挡层；

步骤4：采用电弧喷涂的方法在所述阻挡层上喷涂应力缓冲材料得到所述应力缓冲层；以及步骤5：采用电弧喷涂的方法在所述应力缓冲层上喷涂电极材料得到所述电极层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤3中采用的喷涂参数为：喷涂电流为

150～250 A，喷涂电压为15～37 V，喷涂距离为50～250 mm。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，步骤4中和/或步骤5采用的喷涂参数为：喷涂电流为150～250 A，喷涂电压为15～35 V，喷涂距离为50～250 mm。

说明书

一种碲化铋基热电器件及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种碲化铋基热电器件及其制备方法，具体涉及碲化铋基热电器件的电极材料、应力缓冲层材料、阻挡层材料和减阻层材料以及它们与p型和n型碲化铋基热电材料的连接方法，属于热电转换技术领域。

背景技术

[0002] 热电发电是利用半导体热电转换材料将热能(温差)转化为电能的全静态直接发电方式，是环境友好型的绿色能源技术，对于缓解和解决当前日益增长的能源压力和环境污染具有重大意义。热电发电系统具有结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、无泄漏、移动性好并适用于低能量密度回收利用等特点，尤其适合于工业余热和汽车尾气废热等的回收利用。

[0003] 碲化铋(Bi2Te3)基材料自上世纪50-60年代被发现以来一直是室温附近性能最佳的热电转换材料，研究人员为提高碲化铋基材料的热电优值进行了大量的研究，近年来，通过掺杂、低维化和纳米复合等手段使p型和n型碲化铋基材料的热电优值都得到了很大的提高，p型材料的热电优值甚至已经达到了1.4(B.Poudel，Q.Hao，Y.Ma，Y.C.Lan，A.Minnich，B.Yu，X.Yan，D.Z.Wang，A.Muto，D.Vashaee，X.Y.Chen，J.M.Liu，M.S.Dresselhaus，G.Chen，Z.F.Ren，High-Thermoelectric Performance of Nanostructured Bismuth Antimony Telluride Bulk Alloys Science320，634-6382008)；X.F.Tang，W.J.Xie，H.Li，W.Y.Zhao，Q.J.Zhang，M.Niino，Preparation and thermoelectric transport properties of high-performance p-type Bi2Te3with layered nanostructure，Appl.Phys.Lett.900121022007)；F.Li，X.Y.Huang，Z.L. Sun，J.Ding，W，Jiang，L. D.Chen，Enhanced thermoelectric properties of n-type Bi2Te3-based nanocomposite fabricated by spark plasma sintering，J Alloys Compd.509，4769-47732011))。目前碲化铋基材料主要用于制冷，关于低温制冷的碲化铋基热电制冷器件的制造技术已经相当成熟，并被广泛地应用于商业生产中。其电极制备主要采用锡焊的方法与铜电极相结合，此项技术己比较成熟，在各种致冷和温控器件中已经获得了广泛的应用(钟广学，半导体制冷器件及其应用，北京：科学出版社，1989：168-169)，如汽车空调座椅、环保型冰箱等。

[0004] 采用锡焊的碲化铋基热电发电器件，若工作在焊锡熔点温度附近，器件的高温端电极焊锡会软化并与碲化铋基热电材料发生扩散或化学反应，进而影响器件的稳定性和使用寿命。Lan等尝试先在材料表面镀镍，再锡焊铜电极在镍表面，但是在锡焊的过程中镍已经与碲化铋基材料发生了一定程度的化学反应，降低了器件的性能(Y.C.Lan，G.Wang，G.Chen，Z.F.Ren，Diffusion of nickel and tin in p-type(Bi，Sb)2Te3and n-type(Bi，Sb)2Te3thermoelectric materials，Appl.Phy.Lett.92，101910(2008))。Lyore等 也 进行了同样的研究，所得到的结果与上述结果基本一致(O.D.Iyore，T.H.Lee，R.P. Gupta，J.B.White，H.N.Alshareef，M.J.Kima and B.E.Gnadea，Interface characterization of nickel contacts to bulk bismuth tellurium selenide，Surface and Interface Analysis，41(2009)440-444)。Lin等先后尝试了在电极与碲化铋基材料之间加入中间层Pd、Ni/Au、Ag、Ti/Au，其中Pd、Ni/Au、Ag经250℃老化10小时后与材料发生了一定程度的化学反应，界面出现了开裂现象，Ti/Au经250℃老化200小时后仍与碲化铋基材料保持较为良好的接触，但这种界面层成本过高且制备复杂(W.P.Lin，C.C.Lee，Barrier/bonding layers on bismuth telluride(Bi2Te3)for high temperature thermoelectric modules，J Mater Sci：Mater Electron(2011)22：1313-1320)。

[0005] 针对上述问题，美国专利(US5875098和US5856201)提供了一种碲化铋基热电器件及其制备工艺。热端电极采用金属铝，中间采用金属钼作为阻挡层，利用等离子喷涂的方法使之与材料相结合。由于铝的熔点远高于器件的使用温度，因而很好地解决了器件使用温度受锡焊熔点限制的问题。然而，采用这种技术来制备碲化铋基热电器件有以下两个缺点：1)工艺过程参数难以控制。金属钼阻挡层和铝电极采用等离子喷涂，喷涂温度过高，喷涂过程中铝和钼易氧化；2)运行费用高。等离子喷涂设备昂贵，而且操作过程中会造成铝和钼的大量浪费，成本偏高。

[0006] 中国科学院上海硅酸盐研究所在碲化铋基热电发电器件的制备上也做了大量的研究工作，中国专利(CN101409324A和CN201408783Y)提供了一种利用电弧喷涂的方法来实现铝电极、钼阻挡层与材料的结合，成功的制备出了界面稳定性较高的碲化铋基热电发电器件。但经研究发现，Bi2Te3基材料/Mo/Al界面存在较大的界面电阻，其界面接触电阻2
率约为80μΩcm，并且金属A1、金属Mo和碲化铋基热电材料的热膨胀系数差异过大(室-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
温条件下CTEA1＝27μm m k ，CTEMo＝5.43μm m k ，CTEBi2Te3＝15μm m k )，这不利于Bi2Te3基材料/Mo/Al热电器件的长期使用。

发明内容

[0007] 面对现有技术存在的上述问题，本发明人意识到，由于金属Cu具有非常高的电导-1 -1 -1率和热导率，且金属铜的热膨胀系数(室温下CTECu＝16.5μm m k )与碲化铋基材料的热膨胀系数更为接近，因此如果在Bi2Te3基材料/Mo/Al结构的碲化铋基热电器件中加入一层由金属铜组成的应力缓冲层材料和一层由金属铜组成的减阻层材料，得到Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件，则可能使其界面电阻率大大减小，并提高器件在使用过程中热端稳定性。

[0008] 本发明的目的是通过在Bi2Te3基材料/Mo/Al结构中引入一层应力缓冲层材料Cu和一层减阻层材料Cu，在降低界面接触电阻率的同时调节热膨胀系数。

[0009] 在此，本发明提供一种碲化铋基热电器件，包括：碲化铋基质层、通过电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀形成于所述碲化铋基质层上的减阻层、以及通过电弧喷涂依次形成于所述减阻层上的阻挡层、应力缓冲层、和电极层。

[0010] 本发明在电极材料金属Al和阻挡层材料金属Mo之间引入了一层应力缓冲层材料金属Cu，金属Cu具有比金属铝更好的导电导热性，且热膨胀系数与碲化铋基热电材料的热膨胀系数相近，能在一定程度上降低器件的总电阻并提高器件使用过程中的界面稳定性；在阻挡层材料金属Mo和碲化铋基热电材料之间引入了一层减阻层材料金属Cu，金属Cu具有良好的导电性和导热性，并且能与碲化铋基热电材料发生一定的化学反应，形成金属间化合物，形成的金属间化合物能有效的降低器件的界面接触电阻率。因此，本发明能有效减小器件界面电阻，提高碲化铋基器件的稳定性和能量转换效率。本发明提供的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件具有低界面接触电阻率、高界面稳定性且工艺简单稳定的特点。

[0011] 较佳地，所述碲化铋基质层可以由p型或n型碲化铋基块体材料形成。

[0012] 较佳地，所述减阻层可以由金属铜组成，厚度可为0.001～0.05mm，优选0.001～0.03mm，更优选0.005～0.01mm。金属Cu具有良好的导电性和导热性，并且能与碲化铋基材料发生一定的化学反应，形成金属间化合物，形成的金属间化合物能有效的降低器件的界面接触电阻率。

[0013] 较佳地，所述阻挡层可以由金属钼组成，厚度可为0.001～1mm，优选0.02～0.1mm。金属Mo与碲化铋基材料不会发生明显的扩散和化学反应，且与碲化铋基材料电接触性能良好。

[0014] 较佳地，所述应力缓冲层可以由金属铜组成，厚度可为0.01～1mm，优选0.02～0.08mm。金属Cu具有比金属铝更好的导电导热性，且热膨胀系数与碲化铋基材料的热膨胀系数相近，能在一定程度上降低器件的总电阻并提高器件使用过程中的界面稳定性。但是由于金属Cu在高温条件下易氧化，不能直接用做电极材料，而适合作为应力缓冲层。

[0015] 较佳地，所述电极层可以由金属铝组成，厚度可为0.1～3mm，优选0.5～2mm。金属Al具有良好的导电性和导热性，且有很好的抗氧化性。

[0016] 在本发明中，所述热电器件界面电阻率小于10μΩcm2。

[0017] 另一方面，本发明还提供一种制备上述碲化铋基热电器件的方法，包括：步骤1：通过区熔方法、烧结方法、热挤压方法、或粉末冶金方法制得碲化铋基块体材料，并切割至所需尺寸形成所述碲化铋基质层；步骤2：采用电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀的方法在所述碲化铋基质层上喷涂减阻材料得到所述减阻层；步骤3：采用电弧喷涂的方法在所述减阻层上喷涂阻挡材料得到所述阻挡层；步骤4：采用电弧喷涂的方法在所述阻挡层上喷涂应力缓冲材料得到所述应力缓冲层；以及步骤5：采用电弧喷涂的方法在所述应力缓冲层上喷涂电极材料得到所述电极层。

[0018] 较佳地，步骤3中采用的喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～37V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：为喷涂电流180～220A，喷涂电压25～
32V，喷涂距离为100～200mm。

[0019] 较佳地，步骤4中采用的喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～35V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：喷涂电流160～220A，喷涂电压28～
32V，喷涂距离为100～200mm。

[0020] 较佳地，步骤5中采用的喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～35V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：喷涂电流180～220A，喷涂电压25～
32V，喷涂距离为100～200mm。

[0021] 本发明的方法工艺参数易于控制，生产成本低，易于规模生产。

附图说明

[0022] 图1是本发明的碲化铋基热电器件框架图；

[0023] 图2是Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件结构示意图；

[0024] 图3(a)是实施例1制备的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件断面扫描电镜照片，图3(b)为图3(a)中虚线框的放大图；

[0025] 图4是Bi2Te3基材料/Mo/Al与Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件的界面电阻与距离变化关系图；

[0026] 图5是Bi2Te3基材料/Mo/Al与Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件电阻随温度变化关系图；

[0027] 图6是实施例1制备的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件在不同温差条件下的电流-输出功率关系曲线，其中实心线为Bi2Te3基材料/Mo/Al热电器件，空心线为Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件，H表示高温端温度，L表示低温端温度。

具体实施方式

[0028] 以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述附图和/或实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

[0029] 参见图1，在本发明中，可以将碲化铋块体装入多孔框架1中进行各层的制备以得到Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件。其中多孔框架1的材料例如可以是尼龙、耐高温树脂等。

[0030] 参见图2，本发明的碲化铋基热电器件依次包括：碲化铋基质层、Cu减阻层、Mo阻挡层、Cu应力缓冲层、和Al电极层。

[0031] 本发明选用的碲化铋基质层可由p型或n型碲化铋基块体材料形成。

[0032] 本发明选用的减阻层材料为金属Cu，金属Cu具有良好的导电性和导热性，并且能与碲化铋基热电材料发生一定的化学反应，形成金属间化合物，形成的金属间化合物能有效的降低器件的界面接触电阻率。

[0033] 本发明选用的阻挡层材料为金属Mo，金属Mo与碲化铋基材料不会发生明显的扩散和化学反应，且与碲化铋基材料电接触性能良好。

[0034] 本发明选用的应力缓冲层材料为金属Cu，金属Cu具有比金属铝更好的导电导热性，且热膨胀系数与碲化铋基热电材料的热膨胀系数相近，能在一定程度上降低器件的总电阻并提高器件使用过程中的界面稳定性。但是由于金属Cu在高温条件下易氧化，不能直接用做电极材料。

[0035] 本发明选用的电极材料为金属Al，金属Al具有良好的导电性和导热性，且有很好的抗氧化性。

[0036] 在本发明中，可以通过以下步骤制备碲化铋基热电器件。

[0037] 通过区熔方法、烧结方法、热挤压方法、或粉末冶金方法制备出p型和n型碲化铋基块体材料，将得到的碲化铋基块体材料切割成所需尺寸的块体碲化铋基材料(基质层)。

[0038] 通过电弧喷涂、等离子喷涂、电镀或化学镀工艺在切割好的碲化铋材料两端制备金属Cu减阻层，减阻层厚度可根据需要调节。

[0039] 将制备有金属Cu减阻层的碲化铋基块体材料装入多孔框架1中，再将装有碲化铋基块体材料的尼龙骨架固定在样品台上。在本实施形态中，先在碲化铋基块体材料上制备减阻层再装入多孔框架1，但也可以是先将碲化铋基块体材料装入多孔框架1中，再进行减阻层的制备。

[0040] 在制备有金属Cu减阻层的碲化铋块体材料上通过电弧喷涂的方法依次喷涂Mo阻挡层、Cu应力缓冲层、和Al电极层。将高低温面都制备有减阻层材料、阻挡层材料、应力缓冲层材料和电极材料的器件表面研磨至平整，即得到了本发明所述的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件。

[0041] 电弧喷涂Mo阻挡层时，喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～37V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：为喷涂电流180～220A，喷涂电压25～
32V，喷涂距离为100～200mm。

[0042] 电弧喷涂Cu应力缓冲层时，喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～35V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：喷涂电流160～220A，喷涂电压
28～32V，喷涂距离为100～200mm。

[0043] 电弧喷涂Al电极层时，喷涂参数可为：喷涂电流为150～250A，喷涂电压为15～35V，喷涂距离为50～250mm。优选的喷涂参数为：喷涂电流180～220A，喷涂电压25～
32V，喷涂距离为100～200mm。。

[0044] 利用电弧喷涂的方法制得的Mo阻挡层，其厚度为0.001～1mm，优选0.02～0.1mm。

[0045] 利用电弧喷涂的方法制得的Cu应力缓冲层，其厚度为0.01～1mm，优选0.02～0.08mm。

[0046] 利用电弧喷涂的方法制得的Al电极层，其厚度为0.1～3mm，优选0.5～2mm。

[0047] 参见图3(a)和图3(b)，其示出本发明示例的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件断面扫描电镜照片，由图可见，本发明所制得的热电器件各界面接触良好，没有发生明显的扩散或化学反应。

[0048] 采用四端电极法对界面电阻进行测量，图4示出本发明示例的碲化铋基热电器件Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al各界面接触电阻变化关系示意图。并将之与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的界面电阻进行了对比。由图可见，Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件界面电阻大概为60μΩ，比相同尺寸、相同成分、相同测试条件下的Bi2Te3基材料/Mo/Al结构热电器件的界面电阻降低80％以上。

[0049] 参见图5，其示出本发明示例的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件在不同温差条件下的电阻变化关系示意图。从图中可以看出随温度上升，器件电阻逐渐增大，与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的界面电阻进行了相比，相同尺寸、相同成分、相同测试条件下的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件的室温电阻降低了约15％。

[0050] 参见图6，其示出本发明示例的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件在不同温差条件下功率-电流关系曲线。从图中可以看出，在220K温差条件下Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件的最大输出功率为4.6W，相同尺寸、相同成分、相同测试条件下与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的最大输出功率相比，提高了约50％。

[0051] 由此可见，本发明提供的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件能有效减小器件界面电阻，提高碲化铋基器件的稳定性和能量转换效率。

[0052] 下面进一步例举实施例以详细说明本发明的示例合成工艺。应理解，下述实施例是为了更好地说明本发明，而非限制本发明。采用的原料、试剂可以通过购买市售原料或传统化学转化方式合成制得。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如是《贝尔斯坦有机化学手册》(化学工业出版社，1996年)中的条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非特别说明，比例和百分比基于摩尔质量。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或等同的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是容易理解的。

[0053] 实施例1

[0054] 利用区熔的方法制备出p型和n型碲化铋基晶棒，将得到的晶棒切割成所需尺寸块体，首先按照优化好的电弧喷涂金属Cu的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为10μm的金属Cu减阻层；然后将制备有减阻层的碲化铋块体装入尼龙骨架中，再将装好碲化铋基材料的尼龙骨架固定在喷涂样品台上。首先按照优化好的电弧喷涂金属Mo的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为30μm的金属Mo阻挡层；其次按照优化好的电弧喷涂金属Cu的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为50μm的金属Cu应力缓冲层；最后按照优化好的电弧喷涂金属Al的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为2mm的金属Al电极层；将高低温面都制备有减阻层材料、阻挡层材料、应力缓冲层材料和电极材料的器件表面研磨至平整，即得到了本实施例的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件。

[0055] 图3为本实施例制备的碲化铋基热电器件Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al的断面扫描电镜图片，由图可见，本发明所制得的器件各界面接触良好，没有发生明显的扩散或化学反应。

[0056] 采用四端电极法对界面电阻进行测量，图4为本实施例制备的碲化铋基热电器件Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al各界面接触电阻变化关系示意图。并将之与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的界面电阻进行了对比。由图可见，Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件界面电阻大概为60μΩ，比相同尺寸、相同成分、相同测试条件下的Al/Mo/Bi2Te3基材料结构碲化铋基热电元件的界面电阻降低80％以上。

[0057] 图5为本实施例制备的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件在不同温差条件下的电阻变化关系示意图。从图中可以看出随温度上升，器件电阻逐渐增大，与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的界面电阻进行了相比，相同尺寸、相同成分、相同测试条件下的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件的室温电阻降低了约15％。

[0058] 图6所示为本实施例制备的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件在不同温差条件下功率-电流关系曲线。从图中可以看出，在220K温差条件下Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件的最大输出功率为4.6W，相同尺寸、相同成分、相同测试条件下与结构为Bi2Te3基材料/Mo/Al的热电器件的最大输出功率相比，提高了约50％。

[0059] 实施例2

[0060] 利用放电等离子(SPS)烧结的方法制备得到块体碲化铋基热电材料，将得到的烧结块体切割成所需尺寸块体，首先按照优化好的电弧喷涂金属Cu的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为5μm的金属Cu减阻层；然后将制备有减阻层的碲化铋块体装入尼龙骨架中，再将装好碲化铋基块体的尼龙骨架固定在喷涂样品台上。首先按照优化好的电弧喷涂金属Mo的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为40μm的金属Mo阻挡层；然后按照优化好的电弧喷涂金属Cu的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为80μm的金属Cu应力缓冲层；最后按照优化好的电弧喷涂金属Al的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为2mm的金属Al电极层；将高低温面都喷有减阻层材料、阻挡层材料、应力缓冲层材料和电极材料的器件的表面研磨至平整，得到了本发明所述的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件。

[0061] 实施例3

[0062] 利用区熔的方法制备出p型和n型碲化铋基晶棒，将得到的晶棒切割成所需尺寸块体，首先按照优化好的电镀工艺在碲化铋基材料两端表面电镀一层金属Cu减阻层，电镀得到厚度约为10μm的金属Cu减阻层；然后将制备有减阻层的碲化铋块体装入尼龙骨架中，最后将装好碲化铋基材料的尼龙骨架固定在喷涂样品台上。首先按照优化好的电弧喷涂金属Mo的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为50μm的金属Mo阻挡层；然后按照优化好的电弧喷涂金属Cu的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为50μm的金属Cu应力缓冲层；最后按照优化好的电弧喷涂金属Al的工艺参数进行喷涂，得到厚度约为2mm的金属Al电极层；将高低温面都喷有减阻层材料、阻挡层材料、应力缓冲层材料和电极材料的器件的表面研磨至平整，得到了本发明所述的Bi2Te3基材料/Cu/Mo/Cu/Al热电器件。

[0063] 产业应用性：本发明的方法工艺简单可控，成本低，适合工业化规模生产，而且本发明的碲化铋基热电器件能有效减小器件界面电阻，提高碲化铋基器件的稳定性和能量转换效率，有利于提高碲化铋基器件的使用寿命，在热电转换技术领域具有广阔的应用前景。

[0064] 本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。