半導體制冷也叫熱電制冷，核心依托珀爾帖效應實現熱量的轉移，不需要制冷劑，沒有壓縮機這類運動部件，結構緊湊、控制簡單，廣泛用于小型溫控設備、儀器冷卻、便攜制冷模塊等場景。

 

當直流電通過兩種不同半導體材料串聯組成的電偶對時，電荷載體在導體中移動會伴隨能量的傳遞。電流從N型半導體流向P型半導體的一端，會吸收環境熱量，形成冷端；電流從P型流向N型的另一端，會向外釋放熱量，形成熱端。單個電偶產生的溫差很小，實際的半導體制冷片會把大量電偶陣列封裝在一起，提升整體制冷量和溫差。

 

配套的N型半導體富含自由電子，P型半導體存在空穴，電子在外電場作用下移動，在接頭處發生能量變化。冷端的電子需要吸收熱能才能躍遷，帶走周邊介質的熱量；熱端電子釋放多余熱能，熱量持續向外排出。如果調換供電的正負極，冷端和熱端會互換，同一器件既可以制冷，也可以實現加熱，這也是半導體制冷模塊的一大特點。

 

半導體制冷的效果和電流大小直接相關，在額定范圍內，電流越大，冷熱端溫差越大，但功耗和熱端產熱也會同步上升。同時它本身的能效低于傳統壓縮式制冷，熱端如果不能及時散熱，熱量會反向傳導到冷端，制冷效果會快速衰減，所以實際使用時，熱端一般都會搭配散熱片、風扇或者水冷結構。

 

另外還有塞貝克效應、湯姆遜效應和珀爾帖效應同屬熱電效應，日常應用中半導體制冷主要利用珀爾帖效應，而塞貝克效應多用于熱電發電、溫度傳感。半導體制冷沒有機械振動、響應速度快，適合小體積精密儀器的控溫，很多光學儀器、小型恒溫槽、便攜式檢測儀都會采用這種制冷方式，缺點是大功率場景能耗偏高，很難實現極低溫度。