铝基二元半导体热电性质的理论研究

发布时间：2021-11-02 06:51

　　半导体热电材料能够实现热和电的直接转换,在废热发电和缓解环境污染等领域有广阔的应用前景,因而,对半导体材料热电性质的深入研究具有重要的科学意义和应用价值。热电材料的热电转换能力由功率因子（PF）衡量,而热电转换的效率由热电优值（zT）表征。要实现高效率的热电转换,要求材料不仅具有较大的功率因子同时具有较低的热导率。目前,寻找新颖的高效热电材料和通过对材料电子结构和声子特性的调控提高已有热电材料的热电优值是热电研究追求的目标。本论文以铝基二元半导体V₃Al和AlX（X=S,Se,Te）为研究对象,利用基于密度泛函理论的第一性原理并结合玻尔兹曼理论和形变势理论,通过对晶体结构的优化、电子结构以及热电性质的理论计算,系统地研究了掺杂和低维化对材料电子结构和声子特性的调控,并分析了这种调控对优化半导体热电性质的有效性,为下一步的实验研究和实际应用提供理论先导,主要研究内容和结论如下:1.D0₃型无隙半导体V₃Al的热电性质研究了D0₃型V₃Al的结构性质和热电性质。电子结构计算发现反铁... 

【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：博士

【图文】：

塞贝克效应原理图

第 1 章 绪论2）帕帖尔效应帕帖尔效应（Peltier effect）[13,14]是由法国钟表匠晋 查理斯 阿提安斯 帕帖Jean Charles Athanase Peltier）于 1834 年进行实验时发现的。该效应指出当电流流相连接的不同导体时，一个连接点放热，另一个连接点则是吸热的。也就是说，电够引起材料内部的热量传输，帕帖尔效应是塞贝克效应的逆效应。如图 1.2 所示，个不同导体组成的回路中有电流通过时，导体中的载流子将定向移动，不同材料中流子处于不同的能级，当其从低能级向高能级跃迁时，需要从外界吸收热量；反载流子从高能级向低能级运动时，则释放出能量。如果电流的方向发生偏转，原来的连接点会放出热量，原来放热的连接点将吸收热量。单位时间内放出或吸收的热比于回路中电流的大小，可用如下式子表示二者之间的关系： = д ( ) （1.中，πa和 πb分别为 a、b 两种材料的帕帖尔系数，I 是回路中的电流，Q 为连接点处或放出的热量。πa- πb也被称作 a、b 两种材料的相对帕帖尔系数，其单位为 V。

图 1.3 汤姆逊效应原理图贝克效应和帕帖尔效应发生在由两种导体构成的闭合回路中，而汤姆逊存在温差的单一导体。三种效应之间的相互关系用开尔文（Kelvin）关 = = T 是绝对温度。可以看出，三大热电效应是相互影响而非独立的。电器件的工作原理电效应的应用包括热电发电和热电制冷两大领域，热电发电利用的是塞冷利用的是帕帖尔效应。图 1.4（a）为利用塞贝克效应制成的热电发电个 p 型半导体和一个 n 型半导体组合成的闭合回路内部存在温度梯度数载流子将由高温端向低温端做定向移动，从而形成持续的电流。在闭2


本文编号：3471547