制冷片的使用寿命通常在数千到数万小时之间，具体时长取决于材料特性、工作环境和使用习惯。作为一种基于半导体材料的热电转换元件，其核心结构的稳定性直接影响整体寿命。
优质碲化铋基半导体制冷片，在额定工况下连续工作可达3-5年。这一数据的前提是保持稳定的电压输入和良好的散热条件。当制冷片长期处于超负荷状态，例如施加超过额定值10%的电压，内部PN结的老化速度会显著加快，可能导致寿命缩短至正常情况的三分之一。
温度对寿命的影响尤为显著。当冷热端温差超过60℃时，材料内部的热应力会加剧晶格振动，导致半导体元件出现微观裂纹。实验数据显示，在温差保持在40℃以内的工况下，制冷片的衰减率可在每年5%以内。而频繁的温度波动，比如每秒超过5℃的剧烈变化，会使电极接触处产生氧化层，增加接触电阻，进一步降低使用寿命。
散热系统的效能直接决定制冷片的工作温度。当热端散热不良导致温度超过80℃时，半导体材料的载流子迁移率会下降，同时加剧焊料的热疲劳。采用铜质散热片配合风冷系统，能使热端温度在50℃左右，相比自然散热可延长寿命2倍以上。
工作电流的稳定性同样关键。纹波系数超过5%的电源会造成制冷片内部电流分布不均，局部区域可能出现过热现象。持续的电流波动会使半导体结温产生周期性变化，导致材料晶格结构逐渐疲劳。使用带过流保护的恒流电源，可有效降低这类损耗。
环境因素不可忽视。在湿度超过60%的环境中，制冷片边缘密封胶容易老化开裂，导致水汽侵入内部引发短路。而含硫、氯等腐蚀性气体的环境，会加速电极材料的腐蚀，使接触电阻持续增加。定期清洁散热表面的灰尘堆积，保持工作环境干燥，能有效延缓性能衰减。
机械安装的应力也会影响寿命。安装时施加的压力超过0.3MPa会导致陶瓷基板产生微裂纹，而压力不足则会增加接触热阻。采用弹性压片式固定方式，配合导热硅脂的均匀涂抹，可使使用寿命延长15%以上。
实际应用中，制冷片的寿命表现呈现明显的个体差异。在医疗制冷设备等工况稳定的场景，其寿命普遍可达2万小时以上；而在频繁启停的车载冰箱等应用中，寿命往往在8千至1万小时区间。通过建立温度循环测试模型，可提前预测不同使用条件下的寿命衰减曲线，为设备维护提供数据支持。
制冷片的老化过程是渐进式的，通常表现为制冷效率的缓慢下降而非突发性故障。当制冷量衰减至初始值的70%时，即视为达到使用寿命终点。此时虽然仍能工作，但能效比已显著降低，继续使用可能导致整体系统能耗上升。合理规划使用周期，在性能衰减到临界值前进行更换，是保障设备整体效率的重要措施。