半导体热电材料-陈健-材物1302

制冷原理
而当空穴沿P型半导体经结点4流向金属片 B1时，由于P型半导体中空穴能量大于金 属B1中空穴的能量，因而空穴要释放出多 余的势能，并巨将其转变为热能释放出来， 则使金属片B1处温度升高。 而图中右半部分是由N型半导体与金属片 A和金属片B2相连。N型半导体的多数载 流子为电子，而电子在金属中的势能低于 在N型半导体中所具有的势能。在电场的 作用下，电子从金属片A通过结点2到达N 型半导体时必然要增加势能，而这部分势 能只能从金属片A处取得，结果金属片A处 的温度必然会降低。而当电子从N型半导 体经结点1流向金属片B2时，因电子由势 能高处流向势能低处，因此在金属B2处释 放能量，使之转变为热能释放出来，则使 金属片B2处温度升高。
制冷原理
半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，主要是利 用热电效应中的帕耳帖效应达到制冷目的。
电子从电源负极出发，经金属片B1、 结点4,P型半导体、结点3、金属片 A、结点2,N型半导体、结点1、金 属片B2，再回到电源的正极。 P型半导体的多数载流子为空穴，其 空穴电流方向与电子相反。而空穴在 金属中所具有能量低于在P型半导体 中所具有的能量。因此空穴在电场的 作用下由金属片A通过结点3到达P型 半导体时，必须增加一部分能量。但 是空穴白身无法增加能量，只有从金 属片A处吸收能量，并且把这部分热 能转变成空穴的势能，因而使金属片 A处的温度降低。
中温材料
工作温度约为500~600℃，主要是PbTe、GeTe、AgSbTe2或其合金材料。PbTe早 已用于工业生产，是较成熟的材料，它制备工艺较简单，且可制成n型和p型材料。 中温材料可用于温差致冷(如PbTe等)，工作温度的上限由材料的化学稳定性决定。 材料的转换效率一般为5%左右。
高温材料
工作温度约为900~1000℃，主要有SiGe、MnSi2、CeS等。SiGe合金是较成熟的 合金材料。虽然制备工艺有一定难度，但机械强度大，工作温度范围宽，从室温到 900℃间的平均优值可达8.5×l0-3/℃，SiGe合金材料的理论转换效率可达10%。
Peltier Effect产生的原因是位 于节点两边材料中载流子浓度 与Fermi能级不一样，当电流 通过节点时，为了维持能量和 电荷的守恒，必须与环境交换 能量。
wk.baidu.com类
低温材料
工作温度约为200℃，主要是Bi2Te3及Bi2Te3为基的固溶体合金材料，常用于温差 致冷。温差电材料的转换效率一般为3%~4%。以Bi2Te3为基的温差电材料具有最 佳的优值和最大的温度降。
概述
热电材料介绍
热电效应
所谓的热电效应，是当受热物体中的电子(空 穴)，因随着温度梯度由高温区往低温区移动 时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。 包括塞贝克效应，珀尔帖效应，汤姆逊效 应。
Seebeck Effect
两种不同金属构成的回路中，如果两种金属的结点处 温度不同，该回路中就会产生一个温差电动势。这就 是塞贝克效应(Seebeck Effect)。
制冷原理
前景展望
热电材料低维化是一个热点趋势
理论预言：二维超晶格、纳米复合材料、 一维纳米结构 提高费米能级态密度，导致载流子有效质量 增加，塞贝克系数增大。
热电材料 低维化
由于声子的量子禁闭效应和多层界面声子散 射的增加，导致低维材料的热导率降低。
由于量子的约束和调制掺杂等效应，提高了其 载流子的迁移率，从而提高热电优值。
半导体热电材料
材物1302 陈健
半导体热电材料
热电材料介绍
分类
制冷原理
应用
半导体热电材料
热电材料介绍
分类
制冷原理
前景展望
热电材料介绍
半导体热电材料指具有较大热电效应的半导体材料， 亦称温差电材料。 它能直接把热能转换成电能，或直接由电能产生 致冷作用。半导体出现后，发现它能得到比金属 大得多的温差电动势，热能与电能转换有较高的 效率，因此，在温差发电、温差致冷方面得到了 发展。
Sab dV / dT
式中S为塞贝克系数，其大 小与符号取决于两金属特性 及两节点温度。当载流子是 电子时，冷端为负，S为负 值；当载流子是空穴时，热 端为负，S为正值。
Peltier Effect
两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流 电流时，两个接头之间将产生温差。这就是珀尔帖 效应（Peltier Effect）。