熱能采集與存儲(chǔ)：完美結(jié)合

能量采集是將一部分能量從某個(gè)現(xiàn)有的但尚未使用的能量源上分離、獲取以及存儲(chǔ)的過程。熱電發(fā)生器（TEG）中的溫差可產(chǎn)生電勢(shì)，從而將熱源中的廢熱轉(zhuǎn)換為另一種能量形式――電能。

能量采集為無線傳感器等設(shè)備提供了直接供電的可能。但是，如果熱能要被視為一種穩(wěn)定的電源，就必須考慮熱源的穩(wěn)定性。將薄膜熱電發(fā)生器與能量存儲(chǔ)器件相結(jié)合，就為管理能量源的變化性提供了一種理想的解決方案。

熱電發(fā)生器
熱電器件的核心組件是一組熱電偶，它包括一個(gè)N型與一個(gè)P型半導(dǎo)體，兩者由金屬板相連。在P與N型材料對(duì)端的導(dǎo)電連接構(gòu)成了一個(gè)完整電路。

圖1 熱電熱發(fā)生器的熱-電轉(zhuǎn)換

當(dāng)熱電偶存在熱梯度時(shí)（即頂部比底部熱），熱電發(fā)生器(TEG)工作。在該情況下，器件產(chǎn)生電壓并形成電流，根據(jù)賽貝克效應(yīng)，熱能轉(zhuǎn)化為電能。

將這些熱電偶組串聯(lián)，則形成熱電模塊。若熱量在該模塊頂部與底部之間流動(dòng)（形成溫度梯度），則可產(chǎn)生電壓并形成電流。

薄膜熱電發(fā)生器
由薄膜技術(shù)制造的TEG能提高能量轉(zhuǎn)換的性能，從而提高它們作為能量源的能力。薄膜熱電發(fā)生器比傳統(tǒng)TEG小而且薄，有望利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)方法進(jìn)行直接集成。

薄膜是厚度范圍從不足1納米到幾微米的材料層。薄膜熱電材料可通過多種方式生成，但通常需要真空沉淀技術(shù)，例如通過金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）反應(yīng)器。器件采用常規(guī)半導(dǎo)體制備工藝制造。

電能產(chǎn)生
熱電發(fā)生器以效率η將熱能（Q）轉(zhuǎn)化為電能（P）。

P=ηQ (1)

設(shè)備體積越大，利用的熱量Ｑ也越大，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生更多的電能P。類似地，所用的能量轉(zhuǎn)換器的數(shù)量增加一倍，由于所獲得的熱能增加一倍，所以產(chǎn)生的電能自然也增加一倍。不考慮熱流量與系統(tǒng)構(gòu)型的特殊約束，使用每單位面積生成的熱能（P/A）與熱流量密度（Q/A）相比使用電能與消耗熱量的絕對(duì)量更為便利（如式2所示）。這對(duì)于熱電發(fā)生器特別方便，因?yàn)樵撈骷哂辛己玫目蓴U(kuò)展性：大規(guī)模器件可通過小模塊陣列輕松組成。