發(fā)布時(shí)間：2021-07-23 12:23

　　由于能源與環(huán)境問題,近些年來(lái)各種可再生能源及新能源的研究成為熱點(diǎn),其中熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是通過(guò)半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換的技術(shù),受到廣泛關(guān)注。熱電器件由于其沒有流體工質(zhì)和壓縮膨脹等運(yùn)動(dòng)部件,因而沒有震動(dòng)和噪生、可靠性高,而且不產(chǎn)生污染,對(duì)環(huán)境無(wú)破壞,應(yīng)用前景廣泛。開展相關(guān)基礎(chǔ)理論研究,優(yōu)化熱電器件結(jié)構(gòu),提高其性能對(duì)于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用十分必要。雖然熱阻模型和一維熱傳導(dǎo)模型已經(jīng)被發(fā)展并用于熱電性能的研究,但由于模型限制,仍有諸多關(guān)鍵問題未能解決。比如,只能采用常物性或溫度平均物性,無(wú)法考慮熱損,更重要的是沒有求解電流密度,無(wú)法考慮溫度場(chǎng)和電勢(shì)場(chǎng)的耦合效應(yīng)。因此,有必要從半導(dǎo)體熱電材料中電子和空穴的輸運(yùn)機(jī)理出發(fā),通過(guò)深層次剖析半導(dǎo)體熱電技術(shù)中涉及的熱電效應(yīng),發(fā)展通用的熱電單元／器件三維、穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)多物理場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型。模型真正實(shí)現(xiàn)了溫度場(chǎng)和電勢(shì)場(chǎng)的耦合求解,同時(shí)考慮了熱電技術(shù)中涉及的所有效應(yīng),包括：傅立葉熱傳導(dǎo),對(duì)流和輻射換熱,賽貝克效應(yīng),珀?duì)柼?yīng),湯姆遜效應(yīng),焦耳熱效應(yīng),以及半導(dǎo)體材料變物性效應(yīng)。詳細(xì)分析了材料變物性、熱損對(duì)熱電單元/器件性能的影響,以及操作工況或外部環(huán)境發(fā)生... 

【文章來(lái)源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：134 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

熱電制冷原理示意圖

熱電發(fā)電也經(jīng)常被稱為半導(dǎo)體熱電堆發(fā)電。半導(dǎo)體熱電發(fā)電器的工作過(guò)程如圖2-2所示。發(fā)電器工作于冷、熱源之間，其熱端從熱源吸熱，然后由冷端向冷源放熱，同時(shí)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，以溫差電動(dòng)勢(shì)或電流的形式輸出。半導(dǎo)體熱電發(fā)電器產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)主要由湯姆遜電動(dòng)勢(shì)和帕爾貼電動(dòng)勢(shì)組成。其中，湯姆遜電動(dòng)勢(shì)是由半導(dǎo)體材料中導(dǎo)電機(jī)構(gòu)（自由電子或空穴）的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。當(dāng)半導(dǎo)體材料的兩端存在溫差時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)受到熱激發(fā)后運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。對(duì)于N型半導(dǎo)體，自由電子從高溫向低溫遷移，因此在低溫端積累電子帶負(fù)電，而高溫端缺乏電子帶正電。同時(shí)，高低溫端會(huì)-8-

詳細(xì)闡述三維多物理場(chǎng)熱電稱合模型的發(fā)展過(guò)程。圖3-1給出了 TEC熱電單元結(jié)構(gòu)示意圖，其包括一個(gè)柱狀的P型半導(dǎo)體和一個(gè)柱狀的N型半導(dǎo)體，夾在兩個(gè)導(dǎo)電金屬片之間，在金屬片兩端為電絕緣的陶瓷板。金屬片和半導(dǎo)體的厚度分別為和歷，P型和n型半導(dǎo)體橫截面均為邊長(zhǎng)為12的正方形，二者間距為ii。在P型和N型半導(dǎo)體中，載流子分別為空穴和電子，因此當(dāng)電流從P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體時(shí)，P型半導(dǎo)體中的空穴和N型半導(dǎo)體中的電子均由下向上（正2方向）遷移

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]溫差電技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 欒偉玲,涂善東.  科學(xué)通報(bào). 2004(11)



本文編號(hào)：3299283