半导体致冷原理与实例
什么是半导体？
我们知道任何物质都是由原子组成，原子是由原子核和电子组成。 电子以高速度绕原子核转动，受到原子核吸引，因为受到一定的限制，所以电子只能在有限的轨道上运转，不能任意离开，而各层轨道上的电子具有不同的能量(电子势能)。 离原子核最远轨道上的电子，经常可以脱离原子核吸引，而在原子之间运动，叫导体。 如果电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参加导电，叫绝缘体。 半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。
半导体制冷原理
制冷片外观和结构介绍
下方两个图中，分别是制冷片的典型结构
和制冷片的常见外观
制冷器是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其它金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图所示，看起来像三明治。
介绍完它的结构，那它是如何工作的？接下来说说它的现在说说它的工作原理。
制冷片的工作原理
半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子，有负温差电势。P型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。
这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求。把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。
当电流方向是从N至P，温度下降并且吸热，这就是冷端；而当电流方向是从P至N，温度上升并且放热，因此是热端。
因此是半导体制冷片由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N／P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好。
单纯看了这几句话相信依旧会很模糊，下面关于一些难点进行解答。
疑难解答
电能是如何“搬运”热量的？
不少朋友在看过上面的文字后或许已经提出了能量守恒解释的论点。而实际上，半导体制冷并没有想象中的简单。这从技术理论的提出到真正的实际应用所用的时间就能看出来。人们常常将电流比喻成水流，电源就像水泵，不断的将低电势的电荷“搬运”至高电位，而产生的电动势驱动电荷定向移动。
而能量的形势也是多种多样的，粒子不但具有电势能，同时还具有热能等各种能量。在能量的不断转换中，各种能量以不同的方式进行转换。在珀尔帖效应中，如果使用的是半导体，那么半导体中的“自由电子”（相信高中物理学已经说得很透彻，金属的导电性和导热性都是通过“自由电子”作用的）将会在不同导体间的节点处通过电势能转换热量（放热或者吸热），而其具体表现就是制冷片的制冷效果。而半导体中的电动势解析就必须涉及更多的专业知识了。
细说N型/P型半导体
N型半导体
如果在锗或硅中均匀掺杂五价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个五价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多出一个电子来，如图(4)所示，这就称为N型半导体。(N表示negative，电子带负电) 。
由于加入五甲元素后会添加电子，故五价元素又被称为施体原子。
加入五价元素而产生之自由电子，在N型半导体里又占大多数，故称为多数载体(majority carriers) 。由温度的引响所产生之电子─电洞对是少数，所以N型半导体中称电洞为少数载体(minority carriers) 。
P型半导体
如果在锗或硅中均匀掺杂三价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个三价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多缺少一个电子，在原子中造成一个空缺来，这个空缺我们称为电洞，如图(5)B 所示，加入三价元素之半导体就称为P型半导体。(P表示positive，电洞视为正电荷) 。
由于加入三价元素后会造成一个空缺，故三价元素又被称为受体原子。
加入三价元素而产生之电洞，在P型半导体中是多数载体。受热使共价键破坏而产生的电子电洞为少数，故P型半导体中称电子为少数载体。
通常我们都用正电荷代表电洞。但侍体中的原子不能移动，所以电洞(一个空位)也应该是不能移动的。
半导体制冷的三大效应
这三大效应深究下去都是一门学问，这里不展开，只是为了让大家对半导体制冷有更深的认识。
百度百科版解释
英语好的朋友建议看维基百科版解释
以上是解释半导体制冷的原理介绍，说实在这样的解释我自己不满意，很多知识点都是云里雾里，但通俗易懂的说句 电流流过热电偶，发生热电效应，能量发生了转移，所以导致一端冷一端热 这样的说法又过于笼统，我尽可能解释到这里，大家就当是科学小知识看待吧。
实例：半导体冰箱的制作
再次配图：
如图所示，图中的电路应该说是特别特别简单的了一个电源（12V）加上一个制冷片。实际上我所制作的半导体冰箱制冷部分就是这么弄的。
特别特别的轻松就把它连上了，然后一边凉一边热，貌似就这样成功了。虽然成功，但提醒下大家，这个电路并不实用，另外，注意保护制冷片，它不经摔。
冷热隔离
单纯的这样制作显然是不行的，哪有那么容易。冷和热混在一起，不会成为冰箱的，我们所以需要将冷热分开，如何分开？用导体将冷热分离，让相互难以影响，导体实际上就是铝片和铜片。分开后，要防止它们又在一起啊，所以就需要隔离，比较粗糙的做法就是中间就加个板子。但是这样就完成了吗？
处理多余热量
没有，冷的一端我们利用了，变成冰箱。但是热的一端呢？不管它？那是不可以的，那样它会"发火"，因为不断地有热量进来，铜片的温度就会增加，然后就会有很大的安全问题，如何解决？加上两个风扇，把热量吹走。
添加温控
这样是不是就可以了呢? 应该说基本功能完成。你可以看到导冷片结冰了。 但这并不实用，制冷的温度不确定，是十分影响平时的使用。所以我加上了温控。
关于温控，基本原理就是利用传感器检测，AD转换后交给单片机处理，根据程序的设定，有上、下限温度，温度高于一定温度时，接通电源，制冷片工作，低于一定温度时，断开电源，制冷片不工作，讲的最简单就是这样了，实际自己制作难度不小。
至于控制电源的部分，利用了继电器的原理，因为单片机常用的电压是+5V，而制冷片的工作电压一般是+12V。必须转换。
如何检测温度，下面给出仿真图,原理这里不解释，比较复杂。
