半導體制冷的工作原理是怎樣的？
半導體制冷又稱溫差電制冷、或熱電制冷。是未來電冰箱制冷技術發展的壹個方向。半導體制冷是利用特種半導體材料，制成制冷器件，通電後直接制冷，因此得名半導體制冷。
用兩種不同金屬組成壹對熱電偶，當在熱電偶中通以直流電流時，將在電偶的不同結點處，產生吸熱和放熱現象，這種現象稱為珀爾帖效應。
利用珀爾帖效應制成的半導體制冷器的電偶，是由壹種特制的N型和P型半導體組成的。N型半導體是靠電子導電的，而P型半導體是靠所謂“空穴”來導電的。
不論N型半導體中的自由電子，還是P型半導體中的空穴，它們都參與導電，統稱為“載流子”，由“載流子”導電的現象，是半導體所特有的。
半導體制冷原理是把壹個P型半導體和壹個N型半導體，用銅連接片焊接而成電偶對，如圖2-7所示。當直流電流從N型半導體流向P型半導體時，則在2、3端的銅連接片上產生吸熱現象，此端稱為冷端；而在1、4端的銅連接片上產生放熱現象，此端稱為熱端。如果電流方向反過來，則冷、熱端將互換。
圖2-7 半導體制冷器電偶對的工作原理
當這個制冷器件中通入壹定數量的直流電時，冷端會逐漸冷卻下來，並出現結霜；而熱端的溫度逐漸升高，並向周圍環境放熱。載流子在金屬和半導體中的勢能大小是不同的，所以載流子在流過結點時，必然會引起能量的傳遞。當電流的極性如圖2-7所示，電子從電源負極出發經金屬片—結點4—P型半導體—結點3—金屬片—結點2—N型半導體—結點1—金屬片，回到電源正極。由於左半部是P型半導體，導電方式是空穴型的，空穴的流動方向與電子流動方向相反。所以空穴是從金屬片—結點3—P型半導體—結點4—金屬片，回到電源負極。
空穴在金屬中具有的能量、低於在P型半導體中空穴所具有的能量：當空穴在電場作用下，由金屬片通過結點3到達P型半導體時，必須增加壹部分能量，但空穴本身是無法增加能量的，只有從金屬片中吸收能量、並把這部分熱能轉變為空穴的勢能，因此，在結點3處的金屬片被冷卻下來。當空穴沿P型半導體通向結點4流向金屬片時，由於P型半導體中空穴能量大於金屬中空穴的能量，因而要釋放出多余的勢能，並將其以熱能的形式放出來，所以結點4處的金屬被加熱。
圖2-7中右半部是N型半導體與金屬的聯結，是靠自由電子導電的，而電子在金屬中的勢能低於N型半導體中電子的勢能。在電場作用下，電子從金屬中通過結點2到達N型半導體時，必然要增加勢能，這部分勢能也只能從金屬片的熱能取得，因此使結點2處的金屬片“冷卻”下來。當電子從N型半導體經過結點1流向金屬片時，因電子是由勢能較高的地方流向勢能較低的地方，故釋放出多余的勢能，並將其變成熱能，使結點1處的金屬片加熱，這樣上部的金屬片被冷卻下來，成為冷端；而下部的兩個聯接片均放出熱量，成為熱端。
當電源正負極性調換時，因電子空穴的流動方向將與上述相反，故冷熱端將互換。
綜上所述，半導體制冷的吸熱和放熱是由載流子（電子和空穴）流過結點時，由勢能的變化而引起能量的傳遞，這就是半導體制冷的本質。
由於壹個電偶對產生的熱電效應較小（壹般約為1.163W左右，視元件的尺寸大小而異），所以實際應用時是將數十個電偶對串聯起來，將冷端放在壹起，熱端放在壹起，稱為熱電堆，將熱電堆和熱交換器用焊接方式連接起來制成半導體制冷器，如圖2-8所示。其特點是結合強度高、接觸熱阻小，適用於熱流密度較大的情況。為了保持電絕緣，在熱電堆和熱交換器之間用金屬化瓷片材料進行絕緣。
圖2-8 半導體制冷器的熱電堆
我國目前應用的制冷半導體材料，多數是以碲化鉍為基體的三元固熔體合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3；N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由於半導體材料性能的限制，目前半導體制冷的效率比壹般壓縮式要低，耗電量約大1倍。但在幾十瓦小能量的情況下，由於半導體制冷器的效率與能量大小無關，故對微小型制冷裝置，反而比壓縮式經濟。此外由於半導體制冷器必需使用直流電源，價格貴，使它的應用受到壹定的限制。