Efekt Peltiera (lub inaczej zjawisko Peltiera) to jedno z podstawowych zjawisk termoelektrycznych. Jego nazwa pochodzi od nazwiska odkrywcy, którym jest francuski fizyk Jean Charles Peltier. Badacz ten odkrył, że przepływ prądu przez obwód utworzony z przewodnika miedzianego i bizmutowego wywołuje nagrzewanie się jednego złącza i jednoczesne ochładzanie drugiego. Eksperyment Peltiera dowiódł, że złącza różnych półprzewodników lub metali pochłaniają lub wydzielają energię cieplną, gdy płynie przez nie prąd. Doświadczenie te stało się podwaliną do opracowania przyrządów półprzewodnikowych działających w oparciu o przedstawioną zasadą. Przyrządy te nazywa się modułami Peltiera.
Każdy moduł Peltiera zbudowany jest z dwóch równoległych płytek ceramicznych, pomiędzy którymi znajdują się szeregowo połączone półprzewodniki typu n i p (ułożenie naprzemienne). W strukturze półprzewodnika p występuje niedostateczna liczba elektronów do pełnego obsadzenia górnego pasma energetycznego (ostatniej orbity elektronowej). W półprzewodniku typu n występuje z kolei nadmiar elektronów, zatem jest ich zbyt wiele dla wspomnianego pasma energetycznego. Gdy następuje przepływ prądu, elektrony przemieszczają się między poziomami energetycznymi (wejście na wyższy poziom energetyczny wymaga dostarczenia energii, a spadek na niższy poziom uwalnia energię). Energia zmiany poziomu energetycznego jest energią cieplną. W wyniku tego jedna powierzchnia modułu (zwana zimną stroną) pochłania ciepło, a druga (gorąca) oddaje ciepło. Budowę modułu Peltiera wraz z zasadą działania zilustrowano na rysunku 1.
Rys. 1. Budowa i zasada działania modułu Peltiera
Moduł Peltiera zbudowany i działający zgodnie z opisanymi powyżej zasadami pełni rolę pompy cieplnej. Może ona zostać użyta zarówno do chłodzenia, jak również do grzania (pełniona funkcja zależy od polaryzacji napięcia zasilania modułu), a jej wydajność określana przez ilość przetransportowanego ciepła, zależy od natężenia przepływającego prądu. Aby zapewnić efektywną pracę modułu Peltiera należy zapewnić sprawne odprowadzanie ciepła ze strony gorącej modułu. Częstym rozwiązaniem jest w tym przypadku stosowanie radiatorów, które dodatkowo mogą zostać wyposażone w wentylatory. Ważnym jest użycie przekładek termoprzewodzących lub smaru termoprzewodzącego o dobrej jakości.
Istnieje możliwość zwiększenia wydajności chłodzenia ogniw Peltiera poprzez „piętrowe” łączenie ich ze sobą. Odbywa się to przez połączenie strony „gorącej” jednego modułu ze stroną „zimną” modułu kolejnego. Można w ten sposób łączyć wiele ogniw (do 7 stopni) i uzyskiwać dzięki temu coraz większą różnicę temperatur między skrajnymi końcami tak zbudowanej struktury.
Ogniwa Peltiera, ze względu na swoje zalety, do których należą nieskomplikowana budowa oraz trwałość, są popularnie wykorzystywane w urządzeniach chłodniczych. Przykładowe produkty to przenośne lodówki, urządzenia klimatyzacyjne, medyczne komory klimatyczne, aparatura do przechowywania i transportu preparatów biologicznych, chłodzenie układów elektronicznych, itp.
Moduły Peltiera używane są w technologii podzespołów optoelektronicznych. Służą one do chłodzenia struktur detektorów i diod laserowych będąc umieszczane bezpośrednio w obrębie obudowy. Służą one również do stabilizacji temperatury pracy elementów generujących światło w urządzeniach laserowych.
Jednym z dystrybutorów modułów Peltiera w Polsce jest firma SEMICON Sp. z o.o., która jest importerem i autoryzowanym dystrybutorem podzespołów elektronicznych, materiałów i narzędzi do elektroniki, aparatury pomiarowej i akcesoriów pomiarowych. Ponadto SEMICON jest producentem modułów laserowych, generatorów linii laserowej i laserowych urządzeń pomiarowych oraz wykonawcą usług montażu płytek elektronicznych w technologii SMT i montażu przewlekanego. W ofercie firmy SEMICON znajduje się grupa modułów Peltiera zróżnicowanych pod kątem parametrów: prądu, napięcia, odprowadzanej mocy, gabarytów itp.
Rys. 2. Zdjęcie modułów Peltiera
Ofertę SEMICON Sp. z o.o. w tym zakresie przedstawiają tabela 1 i tabela 2. Oferowane moduły pochodzą głównie z oferty firmy SCTB NORD (Rosja) będącej częścią koncernu Ferrotec (Japonia) oraz RMT Ltd (Rosja) specjalizującej się głównie w mikromodułach oraz obudowach dla elementów optoelektronicznych zintegrowanych z mikromodułem Peltiera.
Rys. 3.
