半導(dǎo)體熱電材料能夠?qū)崿F(xiàn)熱和電的直接轉(zhuǎn)換,在廢熱發(fā)電和緩解環(huán)境污染等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,因而,對半導(dǎo)體材料熱電性質(zhì)的深入研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換能力由功率因子（PF）衡量,而熱電轉(zhuǎn)換的效率由熱電優(yōu)值（zT）表征。要實(shí)現(xiàn)高效率的熱電轉(zhuǎn)換,要求材料不僅具有較大的功率因子同時(shí)具有較低的熱導(dǎo)率。目前,尋找新穎的高效熱電材料和通過對材料電子結(jié)構(gòu)和聲子特性的調(diào)控提高已有熱電材料的熱電優(yōu)值是熱電研究追求的目標(biāo)。本論文以鋁基二元半導(dǎo)體V₃Al和AlX（X=S,Se,Te）為研究對象,利用基于密度泛函理論的第一性原理并結(jié)合玻爾茲曼理論和形變勢理論,通過對晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、電子結(jié)構(gòu)以及熱電性質(zhì)的理論計(jì)算,系統(tǒng)地研究了摻雜和低維化對材料電子結(jié)構(gòu)和聲子特性的調(diào)控,并分析了這種調(diào)控對優(yōu)化半導(dǎo)體熱電性質(zhì)的有效性,為下一步的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用提供理論先導(dǎo),主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.D0₃型無隙半導(dǎo)體V₃Al的熱電性質(zhì)研究了D0₃型V₃Al的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和熱電性質(zhì)。電子結(jié)構(gòu)計(jì)算發(fā)現(xiàn)反鐵... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級別】：博士

【圖文】：

塞貝克效應(yīng)原理圖

第 1 章 緒論2）帕帖爾效應(yīng)帕帖爾效應(yīng)（Peltier effect）[13,14]是由法國鐘表匠晉 查理斯 阿提安斯 帕帖Jean Charles Athanase Peltier）于 1834 年進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。該效應(yīng)指出當(dāng)電流流相連接的不同導(dǎo)體時(shí)，一個(gè)連接點(diǎn)放熱，另一個(gè)連接點(diǎn)則是吸熱的。也就是說，電夠引起材料內(nèi)部的熱量傳輸，帕帖爾效應(yīng)是塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。如圖 1.2 所示，個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路中有電流通過時(shí)，導(dǎo)體中的載流子將定向移動，不同材料中流子處于不同的能級，當(dāng)其從低能級向高能級躍遷時(shí)，需要從外界吸收熱量；反載流子從高能級向低能級運(yùn)動時(shí)，則釋放出能量。如果電流的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，原來的連接點(diǎn)會放出熱量，原來放熱的連接點(diǎn)將吸收熱量。單位時(shí)間內(nèi)放出或吸收的熱比于回路中電流的大小，可用如下式子表示二者之間的關(guān)系： = д ( ) （1.中，πa和 πb分別為 a、b 兩種材料的帕帖爾系數(shù)，I 是回路中的電流，Q 為連接點(diǎn)處或放出的熱量。πa- πb也被稱作 a、b 兩種材料的相對帕帖爾系數(shù)，其單位為 V。

圖 1.3 湯姆遜效應(yīng)原理圖貝克效應(yīng)和帕帖爾效應(yīng)發(fā)生在由兩種導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路中，而湯姆遜存在溫差的單一導(dǎo)體。三種效應(yīng)之間的相互關(guān)系用開爾文（Kelvin）關(guān) = = T 是絕對溫度。可以看出，三大熱電效應(yīng)是相互影響而非獨(dú)立的。電器件的工作原理電效應(yīng)的應(yīng)用包括熱電發(fā)電和熱電制冷兩大領(lǐng)域，熱電發(fā)電利用的是塞冷利用的是帕帖爾效應(yīng)。圖 1.4（a）為利用塞貝克效應(yīng)制成的熱電發(fā)電個(gè) p 型半導(dǎo)體和一個(gè) n 型半導(dǎo)體組合成的閉合回路內(nèi)部存在溫度梯度數(shù)載流子將由高溫端向低溫端做定向移動，從而形成持續(xù)的電流。在閉2


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