面向热电转换应用的（Bi,Sb） 2 （Te,Se） 3 区熔铸锭的优化成分设计及器件性能
发布时间：2021-10-19 16:52
(Bi,Sb)2（Te,Se）3合金是迄今室温热电性能最为优异的材料,也是目前唯一大规模商业化应用的热电材料。现阶段的商业化热电器件所采用的材料主要为区熔生长的（Bi,Sb）2（Te,Se）3取向多晶,面内方向具有更为优异的热电性能。应用于固态制冷的P型及N型（Bi,Sb）2（Te,Se）3区熔铸锭的室温zT值均为1.0左右;然而,面向低温发电的（Bi,Sb）2（Te,Se）3区熔铸锭成分未经优化,导致商业发电器件的性能较低。本文利用点缺陷调控设计面向固态制冷的（Bi,Sb）2（Te,Se）3区熔铸锭成分,基于相结构转变设计面向废热余热发电应用的区熔铸锭成分,并且选成分最优成分的铸锭,采用商业化器件组装工艺,制备了热电制冷及热电发电器件,获得以下主要研究成果:1、改善了 P型区熔铸锭室温附近zT值。利用Se掺杂引入点缺陷,增强对高频声子的散射,有效降低传统P型制冷基体Bi0.5Sb1.5Te3+3 wt%Te的晶格热导率,使其在350 K获得最大zT～1.2。之后,通过减少Sb固溶含量进一步优化其载流子浓度,优化传统基体的室温zT至1.1。此外,采用Se/Te合金化的手段,调控声子输运...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２热电发电器件的最大发电效率；７与材料热电优值ｚｒ及热端温度的依赖关系??（固定冷端温度为３００?Ｋ）??
?（ｉ．ｉ７）??Ｈ?Ｖｌ?＋?ｚ７?＋?ｌ??式（ｉ．ｉ７）表明在最佳电流下热电制冷器件的最大制冷系数与材料及制冷环境相??关。材料的ｚｒ值越大，制冷温差越小，器件的制冷系数则越大，如图１．４所示。??６??
１．１．３热电系统应用简介??多组热电器件组成热电模块，热电模块与电源系统（发电则为负载系统）、??散热系统等构成热电系统（图１．６）。完整的热电系统才能保证热电模块的良好工??作。以民用热电制冷系统为例，夹具固定热电模块及冷热端的散热系统，并且以??硅胶粘结空隙，配以相应电源，即可进行制冷工作。梳状铝块及风扇构成散热系??统：热端散热是为了将热端热量及时散发至环境，避免传导至冷端，影响制冷效??果；冷端的散热系统目的是将获得的低温尽快传导至需要应用的空间。以该系统??为原型的多种制冷产品已经广泛应用，如车载冰箱、红酒柜、汽车座椅的制冷系??统、医用低温箱等，如图１．７所示。目前，热电制冷应用不断得到突破，一些制??冷解决方案也在积极研发中，如结合光伏发电的全自动太阳能半导体制冷系统用??于车内密闭空间的温度控制、厨房制冷系统用于缓解夏日烹饪造成的高温、穿戴??制冷设备用于解决如防弹衣等特种服装对人体散热造成的困难等。??（ａ）?（ｂ）??Ｘｌ??ｐ．??图１．６?（ａ）热电模块示意图和（ｂ）热电系统实体照片（１－导冷风扇，２－导冷铝块，??３＿热电模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermoelectric performance of p-type zone-melted Se-doped Bi0.5Sb1.5Te3 alloys[J]. Ren-Shuang Zhai,Ye-Hao Wu,Tie-Jun Zhu,Xin-Bing Zhao. Rare Metals. 2018(04)
[2]Ag2Te掺杂对p型Bi0.5Sb1.5Te3块状合金热电性能的影响[J]. 沈俊杰,朱铁军,蔚翠,杨胜辉,赵新兵. 无机材料学报. 2010(06)
本文编号：3445255
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２热电发电器件的最大发电效率；７与材料热电优值ｚｒ及热端温度的依赖关系??（固定冷端温度为３００?Ｋ）??
?（ｉ．ｉ７）??Ｈ?Ｖｌ?＋?ｚ７?＋?ｌ??式（ｉ．ｉ７）表明在最佳电流下热电制冷器件的最大制冷系数与材料及制冷环境相??关。材料的ｚｒ值越大，制冷温差越小，器件的制冷系数则越大，如图１．４所示。??６??
１．１．３热电系统应用简介??多组热电器件组成热电模块，热电模块与电源系统（发电则为负载系统）、??散热系统等构成热电系统（图１．６）。完整的热电系统才能保证热电模块的良好工??作。以民用热电制冷系统为例，夹具固定热电模块及冷热端的散热系统，并且以??硅胶粘结空隙，配以相应电源，即可进行制冷工作。梳状铝块及风扇构成散热系??统：热端散热是为了将热端热量及时散发至环境，避免传导至冷端，影响制冷效??果；冷端的散热系统目的是将获得的低温尽快传导至需要应用的空间。以该系统??为原型的多种制冷产品已经广泛应用，如车载冰箱、红酒柜、汽车座椅的制冷系??统、医用低温箱等，如图１．７所示。目前，热电制冷应用不断得到突破，一些制??冷解决方案也在积极研发中，如结合光伏发电的全自动太阳能半导体制冷系统用??于车内密闭空间的温度控制、厨房制冷系统用于缓解夏日烹饪造成的高温、穿戴??制冷设备用于解决如防弹衣等特种服装对人体散热造成的困难等。??（ａ）?（ｂ）??Ｘｌ??ｐ．??图１．６?（ａ）热电模块示意图和（ｂ）热电系统实体照片（１－导冷风扇，２－导冷铝块，??３＿热电模块
【参考文献】：
期刊论文
[1]Thermoelectric performance of p-type zone-melted Se-doped Bi0.5Sb1.5Te3 alloys[J]. Ren-Shuang Zhai,Ye-Hao Wu,Tie-Jun Zhu,Xin-Bing Zhao. Rare Metals. 2018(04)
[2]Ag2Te掺杂对p型Bi0.5Sb1.5Te3块状合金热电性能的影响[J]. 沈俊杰,朱铁军,蔚翠,杨胜辉,赵新兵. 无机材料学报. 2010(06)
本文编号：3445255
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