②最大致冷效率状态：当电流为时,致冷效率ε（热负载Q0与所消耗的电功率之比值0可达最大值ε0采用这种工作方式可以节省电能消耗，但与前一方式相比，它需要较多的半导体材料。

由（T0-T1）max和ε0的表达式可知,半导体材料的品质因数Z越大，所能达到的最大温差和致冷效率越大,这就要求材料的温差电动势率α尽量大，使所吸收的珀耳帖热αIT1尽量大。

同时要求材料的电阻率和热导率尽量小，使所产生的焦耳热和由热端向冷端的热传导尽量小，因为这两部分热量都会降低致冷效率。具有这种特性的最佳致冷材料为 Bi2Te3及其固溶体 Bi2Te3－Bi2Se3，Bi2Te3-Sb2Te3，Bi2Te3-Bi2Se3-Sb2Te3等。

另外，温差电动势率和电阻率是载流子浓度的敏感参数，随着载流子浓度的增加，电阻率减小，但温差电动势率也减小。理论计算表明,最佳的载流子浓度为1019/厘米3的数量级，因此，温差电致冷用的原材料纯度一般只要99.999%即可，因而价格低廉。

温差电制冷起源于150 多年前发现的Poltier 效应。到本世纪50年代，固体物理学的迅速发展，使人们意识到半导体材料将会比金属产生较为明显的Poltier效应。

基于Ioffoe和Goldsmid等人的大量理论和实验研究，终于找到了以 为基的、优值较高的半导体温差电材料，使温差电制冷从此开始进入真正的实用阶段。

在以后的30多年中，尽管在提高材料的性能方面进展缓慢，但常规制冷器件的制造工艺则发展得相当成熟，应用领域不断增加。目前，温差电制冷已涉足于电子、生物、医学、特殊军事用途，甚至一些民用领域。

在实际应用中往往需要把若干对温差电偶串联或并联成温差电堆，致冷器由若干块温差电堆组成。温差电制冷器亦称半导体制冷器或电子制冷器，它利用珀尔帖热电效应进行工作。当直流电通过一个由N型和P型半导体联结成的电路时，就发生能量转移，在一个接头上吸热而在另一个接头上放热。

当热负载为零时，半导体致冷材料的最大温差可达80℃左右，有热负载时的温差小于此值。为了获得更低的温度或更高的致冷效率，可以采用多级结构。上级致冷器的热端与下级致冷器的冷端要求良好热接触。

温差电致冷器是利用电能把热量由冷端转移到热端的装置。

因此如何把热量不断地从热端带走是致冷器设计的主要内容之一。散热方式主要有空气自然对流式、强迫通风式和水冷式。空气自然对流式较简便，但散热效果稍差，水冷式的散热效果最佳，但需要耗费大量的水。也可采用循环水冷再通过散热片由空气自然对流散热。

与通常使用的压缩机制冷相比，当制冷量较大时，用温差电致冷不但造价高而且耗电量要大一倍左右。

温差电致冷器的优点是：无机械转动部件，工作无噪声，无制冷剂的腐蚀和污染，维修方便，寿命长，致冷容量可变，设计灵活性大，其形状可以任意变化，可小型化和微型化，容易控温，只要改变电流方向就可变致冷为发热。根据这些特点，温差电致冷适合于制作各种小型致冷器和恒温器，以及用于要求无声和无污染的特殊场合。

主要用途有：

①仪器仪表用的小型致冷器、恒温器，例如光电倍增管、红外探测器和半导体激光器等用的致冷器，半导体零点仪、露点仪、标准频率振荡器和电子器件用的恒温器，石油凝点测定仪等。

②医学上的应用有病理切片用的显微切片冷冻台、白内障摘除器、皮肤病冷冻治疗器、致冷帽等。

③其他还有携带式冷热箱、半导体冰箱、半导体空调器等。大容量温差电致冷器效率比不上压缩机的效率，原因是半导体致冷材料的品质因数Z还不够大，而小容量温差电致冷器的各种特性均优于压缩机制冷器。致冷器采用两个电堆，每个电堆由31对半导体元件组成。

元件尺寸为2.2×2.2×2.5毫米3。致冷器重量为2.7千克，电功率为55瓦，采用水冷散热。致冷器可保证光电倍增管的光阴极温度比周围空气低40℃，大大降低了光电倍增管的噪声。这种光电倍增管致冷器的温差电偶采用一级结构。

如果采用两级结构，电功率增至200瓦，可保证光阴极的温度比周围空气低60℃。