溫度梯度和材料組分對半導體材料熱電轉換性能影響機理的研究.pdf

1、熱電轉換元件是利用半導體Seebeck 效應將熱能轉換為電能的溫差發(fā)電器的核心部分，其轉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系，設計了由GeSi 材料、PbTe 材料和Bi2Te3材料組成的三段溫差電元件。 實驗發(fā)現，在摻雜濃度相等的情況下，在200～700K 溫度范圍內，Si 含量約為60％（當x=0.64 時）的樣品熱導率較低。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。 研究發(fā)現，PbTe 材料在粉碎和熱壓過程中，引入N 型雜質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。 本文對由GeSi 材料、PbTe 材料和Bi2Te3 材料組成的三段溫差電元件進行了理論設計，確定了在熱面溫度1073 K,冷面溫度為323 K,元件總長度為20mm 時, N 型GeSi 材料的長度L1n=17.

3、689mm, N 型PbTe 材料的長度L2n=1.428mm,N 型Bi2Te3 材料的長度L3n=0.883mm。 P 型GeSi 材料的長度L1p=17.025mm, P 型PbTe 材料的長度L2p=1.876mm, P 型Bi2Te3 材料的長度L3p=1.099mm。元件在該溫度差下的無量綱優(yōu)值ZT 可達到0.41。熱電轉換效率可達6.71％。 發(fā)電效率和可用性是目前國內外新型潔凈領域里重點攻關的課題之一。為