半導(dǎo)體制冷也叫熱電制冷，核心依托珀?duì)柼?yīng)實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，不需要制冷劑，沒有壓縮機(jī)這類運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡(jiǎn)單，廣泛用于小型溫控設(shè)備、儀器冷卻、便攜制冷模塊等場(chǎng)景。

 

當(dāng)直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)組成的電偶對(duì)時(shí)，電荷載體在導(dǎo)體中移動(dòng)會(huì)伴隨能量的傳遞。電流從N型半導(dǎo)體流向P型半導(dǎo)體的一端，會(huì)吸收環(huán)境熱量，形成冷端；電流從P型流向N型的另一端，會(huì)向外釋放熱量，形成熱端。單個(gè)電偶產(chǎn)生的溫差很小，實(shí)際的半導(dǎo)體制冷片會(huì)把大量電偶陣列封裝在一起，提升整體制冷量和溫差。

 

配套的N型半導(dǎo)體富含自由電子，P型半導(dǎo)體存在空穴，電子在外電場(chǎng)作用下移動(dòng)，在接頭處發(fā)生能量變化。冷端的電子需要吸收熱能才能躍遷，帶走周邊介質(zhì)的熱量；熱端電子釋放多余熱能，熱量持續(xù)向外排出。如果調(diào)換供電的正負(fù)極，冷端和熱端會(huì)互換，同一器件既可以制冷，也可以實(shí)現(xiàn)加熱，這也是半導(dǎo)體制冷模塊的一大特點(diǎn)。

 

半導(dǎo)體制冷的效果和電流大小直接相關(guān)，在額定范圍內(nèi)，電流越大，冷熱端溫差越大，但功耗和熱端產(chǎn)熱也會(huì)同步上升。同時(shí)它本身的能效低于傳統(tǒng)壓縮式制冷，熱端如果不能及時(shí)散熱，熱量會(huì)反向傳導(dǎo)到冷端，制冷效果會(huì)快速衰減，所以實(shí)際使用時(shí)，熱端一般都會(huì)搭配散熱片、風(fēng)扇或者水冷結(jié)構(gòu)。

 

另外還有塞貝克效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)和珀?duì)柼?yīng)同屬熱電效應(yīng)，日常應(yīng)用中半導(dǎo)體制冷主要利用珀?duì)柼?yīng)，而塞貝克效應(yīng)多用于熱電發(fā)電、溫度傳感。半導(dǎo)體制冷沒有機(jī)械振動(dòng)、響應(yīng)速度快，適合小體積精密儀器的控溫，很多光學(xué)儀器、小型恒溫槽、便攜式檢測(cè)儀都會(huì)采用這種制冷方式，缺點(diǎn)是大功率場(chǎng)景能耗偏高，很難實(shí)現(xiàn)極低溫度。