半导体制冷（又称温差电制冷）是利用回路中的电流通过珀尔帖效应形成温差电制冷。珀尔帖效应，即当电流以任何两种导体所构成的电路中流动，在导体的接头处有吸热或放热现象，所吸收或放出的热量只与两种导体的性质及接头温度有关。
珀尔帖效应相对较弱的电偶对是采用两种金属导体形成的，其两种导体参与导电的载流子的平均能量的差别不大。珀尔帖效应比较强是在N型半导体中主要靠电子导电，在P型半导体中主要靠空穴导电，所以两种载流子的平均能量差别较大。
半导体制冷原理如下图所示。电子从电源负极出发，经金属片节点4、P型半导体、节点1、金属片回到电源正极。但因左半部是P型半导体，导电方式是空穴型的，空穴流动方向与电子流动方向相反，所以空穴是从金属片、节点3、P型半导体、节点4、金属片回到电源负极。空穴在金属当中所具有的能量低于在半导体中所具有的能量，当空穴在电场的作用下，由金属片通过节点3到达P型半导体时，必须增加一部分能量。但空穴本身无法自己增加能量，只从金属片中吸收能量，并把这部分热能变成空穴的势能，从而在节点3处的金属片的温度便降低。这样一来，上部金属片的温度降低，成为冷端，温度低的金属片便从周围介质吸热，使周围介质得到冷却，因而达到了制冷的目的。
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