热电制冷又称温差电制冷。它是利用热电效应（即帕尔帖效应）的一种制冷方法。该方法的制冷效果主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性好、导热性也好，其帕尔帖效应很弱，制冷效率极低。半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来做成小型热电制冷器。按电流载体的不同，半导体分为N型（电子型）半导体和P型（空穴型）半导体。由N型半导体和P型半导体构成的热电制冷元件如图1-16所示。当通以直流电流时，P型半导体内载流子（空穴）和N型半导体内载流子（电子）在外电场作用下产生运动。由于载流子（空穴和电子）在半导体内和金属片内具有的势能不一样，势必在金属片与半导体接头处发生能量的传递及转换。因为空穴在P型半导体内具有的势能高于空穴在金属内的势能，在外电场作用下，当空穴通过结点a时，就要从金属片中吸取一部分热量，以提高自身的势能，才能进入P型半导体内。这样，结点a处就冷却下来。当空穴经过结点b时，空穴将多余的一部分势能传递给结点b而进入金属片Ⅱ，因此，结点b处就热起来。

同理，电子在N型半导体内的势能大于在金属片中的势能，在外电场作用下，当电子通过结点d时，就要从金属片Ⅲ中吸取一部分热量转换成自身的势能，才能进入N型半导体内，这样结点d处就冷却下来。当电子运动到达结点c时，电子将自身多余的一部分势能传给结点c而进入金属片Ⅱ，因此节点c处就热起来，这就是电偶对制冷与发热的基本原理。如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端与发热端也随之互换。

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图1-16 由P型半导体和N型半导体 构成的热电制冷元件