半导体制冷技术也称为热电制冷技术，利用的是温差电效应（Peltier效应）。它的优点是不需要任何制冷剂，可实现高精度的温度控制，适合应用在一些空间受到限制，无制冷剂污染的场合。但半导体制冷技术的制冷效率一般不高，单个半导体制冷元件的功率很小，只能稍微降低系统的温度。要使用半导体制冷技术实现大功率的散热效果，需大量的半导体制冷元件对组合成电堆，因而有成本较高，体积较大等缺点。

1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到DC电源的正负极上，通电后，他惊奇的发现一个接插件变热，另一个接头变冷；这个现象后来就被称为"帕尔帖效应"。"帕尔帖效应"的物理原理为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。反之，就需要从外界吸收热量（即表现为制冷）。

所以，"半导体制冷"的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的半导体制冷器。但当时由于使用的金属材料的热电性能较差，能量转换的效率很低，热电效应没有得到实质应用。

直到20世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于1945年前发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的致冷效果。这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差致冷中半导体材料的一种主要成份。约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体致冷材料的优值系数，达到相当水平，才得到大规模的应用。80年代以后，半导体的热电制冷的性能得到大幅度的提高，进一步开发热电制冷的应用领域。

半导体制冷片（TEC）也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理。

半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料连结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定。制冷片内部是由上百对电偶联成的热电堆，以达到增强制冷（制热）的效果。

半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1. 不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

2. 半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3. 半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4. 半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5. 半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

6. 半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7. 半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年中国半导体制冷行业市场供需现状及发展趋势预测报告》显示，就应用方面来看，当前半导体制冷技术主要被应用在军用领域、农业领域、工业领域、医疗领域、日常用品领域，在日常生活领域主要为了生产小功率空调、小体积冰箱、制冷饮水机等众多产品；在医疗领域，半导体温控系统可用于蛋白质功能研究、低温恒温箱、基因扩增的高档PCR仪、电泳仪及半导体制冷探针等产品；在军用领域，半导体制冷技术主要被应用于红外探测器、激光器等光电器件的制冷。

在市场应用需求方面，当前半导体制冷技术主要用于生产半导体制冷式冷藏箱。在全球中，欧美地区的经济水平更高，药品流通和酒水消费促使半导体制冷冷藏箱需求攀升。此外，由于欧美地区汽车保有量较高，且车载冷藏箱市场渗透率较高。受发达国家需求带动，全球半导体式冷藏箱市场需求稳定增长，在2020年市场规模达到24.2亿美元。

新思界产业分析人士表示，半导体制冷由于存在技术和成本限制，目前应用需求相对较低，主要被应用在日常领域，在更高端领域应用需求较少，行业推广速度缓慢。发展中国家经济快速发展，消费升级大背景下，国内半导体制冷电器消费需求增长，促使全球以及我国半导体制冷市场规模不断扩大。就市场竞争方面来看，目前在半导体制冷领域布局的企业有多美达、贝斯特、维诸技术、丹腾空气系统、上海精励、凯腾电器、富信科技等众多企业。

# 参考资料

[1] [冰马甲、自带“空调”防护服……这些“消暑神器”有何奥秘？丨新科普]

[2] [半导体制冷技术应用规模不断扩大 行业发展前景较好]

[3] [“半导体制冷”能带来PC散热的革命吗？]

[4] [小米冰封散热背夹上手体验：没有黑科技，效果还可以]

[5] [高效制冷，一招制敌，小米、vivo等品牌都在用半导体制冷片]