热能采集与存储：完美结合

能量采集是将一部分能量从某个现有的但尚未使用的能量源上分离、获取以及存储的过程。热电发生器（TEG）中的温差可产生电势，从而将热源中的废热转换为另一种能量形式――电能。

能量采集为无线传感器等设备提供了直接供电的可能。但是，如果热能要被视为一种稳定的电源，就必须考虑热源的稳定性。将薄膜热电发生器与能量存储器件相结合，就为管理能量源的变化性提供了一种理想的解决方案。

热电发生器
热电器件的核心组件是一组热电偶，它包括一个N型与一个P型半导体，两者由金属板相连。在P与N型材料对端的导电连接构成了一个完整电路。

图1 热电热发生器的热-电转换

当热电偶存在热梯度时（即顶部比底部热），热电发生器(TEG)工作。在该情况下，器件产生电压并形成电流，根据赛贝克效应，热能转化为电能。

将这些热电偶组串联，则形成热电模块。若热量在该模块顶部与底部之间流动（形成温度梯度），则可产生电压并形成电流。

薄膜热电发生器
由薄膜技术制造的TEG能提高能量转换的性能，从而提高它们作为能量源的能力。薄膜热电发生器比传统TEG小而且薄，有望利用工业标准生产方法进行直接集成。

薄膜是厚度范围从不足1纳米到几微米的材料层。薄膜热电材料可通过多种方式生成，但通常需要真空沉淀技术，例如通过金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）反应器。器件采用常规半导体制备工艺制造。

电能产生
热电发生器以效率η将热能（Q）转化为电能（P）。

P=ηQ (1)

设备体积越大，利用的热量Ｑ也越大，对应产生更多的电能P。类似地，所用的能量转换器的数量增加一倍，由于所获得的热能增加一倍，所以产生的电能自然也增加一倍。不考虑热流量与系统构型的特殊约束，使用每单位面积生成的热能（P/A）与热流量密度（Q/A）相比使用电能与消耗热量的绝对量更为便利（如式2所示）。这对于热电发生器特别方便，因为该器件具有良好的可扩展性：大规模器件可通过小模块阵列轻松组成。