ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
КОЭФФИЦИЕНТ ЗЕЕБЕКА ДЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Ни один из металлов не имеет коэффициент Зеебека бол 100 мкВ/К. Как видно из табл. 5.4, для подавляющего большинства метал-, значение коэффициента заметно меньше 10 мкВ/К. Некоторые полупроводні і в практически важном диапазоне температур имеют коэффициент Зеебека уровне 300 мкВ/К. Так как добротность пропорциональна квадрату коэффиШ ента Зеебека, можно с уверенностью утверждать, что применение таких по. т« проводников гораздо предпочтительнее, чем металлов.
|
Рис. 5.12. Коэффициент Зеебека, электро - и теплопроводность полупроводшг в зависимости от концентрации носителей |
Данные, приведенные в табл. 5.4, взяты из справочника по термоэлектро ке, который собран из различных источников. Все элементы, представлены в табл. 5.4, являются металлами. Значение коэффициента Зеебека для полугг водников сильно зависит от уровня примесей. При этом полярность эффек Зеебека зависит от того, является ли полупроводник полупроводником р - і п - типа. Для чистых (без примесей) полупроводников коэффициент Зеебека. вен нулю. Для полупроводников с малой концентрацией примеси коэффицие Зеебека быстро растет, достигая максимального значения, а затем уменьшает», как показано на рис. 5.12.
|
5.8. Характеристики термоэлектрических материалов Т йлпца 5.4. Коэффициент Зеебека для металлов мкВ/А' при температуре 300 К |
|
1,46 |
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Не следует выбирать термоэлектрические материалы, основываясь ■ т>ко на их добротности. Материал с высоким значением добротности Zможет Ь*п> непригоден, например, из-за низкой температуры плавления. В табл. 5.5 'щ едены значения: добротности Z, максимальной рабочей температуры Тн, WT' изведения ZTH и эффективности г) для нескольких материалов. Эффектив - kv гь вычислялась по формуле:
Л = [(1 + Z<7>)V2 _ i)/((i + Z<T>yn + ТС/Т„)](ТН- Тс)/Тн (47)
Тс = 300 К. Хотя BiSb4Te7 5 имеет самое высокое значение добротности из х материалов, представленных в таблице, низкое значение его максималь - рабочей температуры делает практическое использование этого материала ительно неэффективным. С другой стороны, теллурид свинца имеет за - о меньшую добротность, но может работать при температурах до 900 К, этому его эффективность достигает 12,6 %, если холодный торец образца, ть при температуре 300 К.
|
Материал |
z, кнк-1 |
т№ к |
ZTH |
Л, % |
|
Bi2Te3 |
2,0 |
450 |
0,9 |
5,4 |
|
BiSb4Te7 5 |
3,3 |
450 |
1,5 |
7,6 |
|
Bi2Te2Se |
2,3 |
600 |
1,38 |
11,1 |
|
РЬТе |
1,2 |
900 |
1.08 |
12,6 |
|
CeS (+Ва) |
0,8 |
1300 |
1,04 |
14,3 |
|
Температура, °С Рис. 5.13. Зависимость ZT от температуры для различных полупроводников р-типа |
Произведение ZT носит название безразмерной добротности. Для каждого лупроводника существует диапазон температур, в котором значение безразмер добротности ZT максимально. В области температур около 100 °С лучше всего ботает Bi2Te3. При более высоких температурах (около 500 °С) можно использі РЬТе, который применяют еще с 1960 г. В настоящее время в этом диапазоне т ператур предпочитают так называемый TAGS (tellurium/antimony/germanium/sih В 2003 г. разработали материал Zn4Sb3, который имеет отличные характеристи промежуточном диапазоне температур в районе 350 °С. На рис. 5.13 представ данные по полупроводникам /ьтипа. Отметим, что РЬТе является полупрове ком /7-типа, когда он легирован натрием. Если же в него введены примеси йо свинца, то он обладает свойствами полупроводника и-типа.
Гораздо большие значения величины ZT при комнатной температуре были лучены в лабораторных условиях. Так, для полупроводника/ьтипа Bi2Te3/Sb-,T
имеющего суперрешетку, достигнуто значение произведения ZT= 2,4 при комнатной температуре.
