溫度梯度和材料組分對(duì)半導(dǎo)體材料熱電轉(zhuǎn)換性能影響機(jī)理的研究.pdf

1、熱電轉(zhuǎn)換元件是利用半導(dǎo)體Seebeck 效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能的溫差發(fā)電器的核心部分，其轉(zhuǎn)換效率的高低直接影響著溫差發(fā)電器的性能。因此，本課題研究了高溫階段和中溫階段材料組分與熱電性能的關(guān)系，設(shè)計(jì)了由GeSi 材料、PbTe 材料和Bi2Te3材料組成的三段溫差電元件。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在摻雜濃度相等的情況下，在200～700K 溫度范圍內(nèi)，Si 含量約為60％（當(dāng)x=0.64 時(shí)）的樣品熱導(dǎo)率較低。而Si 濃度60％～80％之間的樣品

2、在高溫區(qū)具有較好的Seebeck 系數(shù)。 研究發(fā)現(xiàn)，PbTe 材料在粉碎和熱壓過(guò)程中，引入N 型雜質(zhì)O 和S。使P 型載流子（空穴）濃度下降，而N 型載流子（電子）濃度上升。且球磨后的樣品具有較高的熱電優(yōu)值。 本文對(duì)由GeSi 材料、PbTe 材料和Bi2Te3 材料組成的三段溫差電元件進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)，確定了在熱面溫度1073 K,冷面溫度為323 K,元件總長(zhǎng)度為20mm 時(shí), N 型GeSi 材料的長(zhǎng)度L1n=17.

3、689mm, N 型PbTe 材料的長(zhǎng)度L2n=1.428mm,N 型Bi2Te3 材料的長(zhǎng)度L3n=0.883mm。 P 型GeSi 材料的長(zhǎng)度L1p=17.025mm, P 型PbTe 材料的長(zhǎng)度L2p=1.876mm, P 型Bi2Te3 材料的長(zhǎng)度L3p=1.099mm。元件在該溫度差下的無(wú)量綱優(yōu)值ZT 可達(dá)到0.41。熱電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)6.71％。 發(fā)電效率和可用性是目前國(guó)內(nèi)外新型潔凈領(lǐng)域里重點(diǎn)攻關(guān)的課題之一。為