Elektrik Davranışı ve Malzeme Termoelektrik Cihazları arasındaki İlişki

Termoelektrik yarı iletkenlerinde malzeme Dopingini Anlamak

Onun özünde, doping, yabancı atomların ev sahibi kristal lattice'ye eklenmesinin kontrollü bir yanıdır.In termoelektrik malzemeler - tipik olarak yarı iletkenler veya yarı metaller - iletkenler veya yarı metaller - iletkenler, iletkenler veya eşdeğer atomlar, elektronları işaret eden veya eşdeğer atomlar elektronları iletkenlik bandına bağışlarken, itme bandına bağışlanırlar[Dönergeler)[Dönergeler[Dönergeler)

[Döneticileri için kullanılan anahtar parametre, yükleyici elektriksel olarak heyecanlı elektron- delikli) ile sınırlıdır[Dönemli)[Dönemli/Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dörtücükler için 10:9-TFLT3|Düzerde)

[0] ⁇ = n e μ[[Dönem: 1)

[FONT:0][Dönetici:0)) [Dönetici:0))[Dönetici:0)))) Bu nedenle, taşıyıcı hareketliliğinden kaynaklanan (gösterme seviyesi) iki yönlüdür.

Doping seviyesi ve Elektrik Davranışı arasındaki Doğrudan İlişki

Düşük modlu doping rejimde, elektrik iletkenliği monoton bir şekilde artıyor.[Dönetici][Döneticileri taşımaya hazır hale gelir ve hareketlilik genellikle yavaş yavaş yavaş düşer, çünkü saçılma zayıftır. Örneğin, bismuth telluride ([Dört:0B)[Dönemli:2[Düz)[Düzücüksel olarak 10 / 4 °T:3)[FLT: 5)[D)

Ancak, ilişki süresiz olarak doğrusal değildir. Çok yüksek doping seviyelerinde, daha fazla artışla sınırlı olmak için birkaç mekanizma komploya yol açıyor - hatta trendi tersine çevirerek elektrik bağlantılarını aşırılaştırır, taşıyıcı hareketliliğini ciddi şekilde azaltır. Ek olarak, dopant'ın düşük olduğu bir bölgeye, daha fazla yoğunlukta olan kazanımlar sınırlayabilir.

Sonuç her materyal için karakteristik bir “doping eğrisi”dir: ilk olarak iletkenlikteki güçlü kazanımlar elde edilir, ancak sonunda bir plato veya maksimuma ulaşır.Bu optimum şekilde tanımlanır - her şeyden önce [DüzDüzme eğrisi” yüksek iken, [[DüzDüzücük|Düzücükürümesellik) ve diğer mekanizmalar ısı ile geçiştir.

Termoelektrik Performansı: Başarı Şekilinin Rolü

[Elektrikli Üretim] Kaynak: 9/01/2012|Dönetici [Dönetici] [Düzücükler [Döneticiler [Düzücüler [Düzücüler)[Döneticiler[Döneticiler)[Döneticiler)[Döneticiler[Dönemli)[Düzücüler[Döneticiler)[Düzücüler[Döneticiler)[Döneticiler[Döneticiler)

Dahası, ZT'nin denomi-terminatörü-terminatörü-al iletkenlik (Dörtgenlik için daha yüksek elektronik katkı ile gelir)[Dönetici:0) [Dönetici:2)[Dönetici).[Dönetici:2)[Dönetici)[Düzüğün) · 10.

[FONT=0]Pisarenko ilişkisi[[Dönetici:2)[Döneticileri)[değiştir | kaynağı değiştir], bu rekabetçi eğilimleri dengelemek için taşıyıcı konsantrasyonuna bağlı olarak, daha sonra da etkili bir şekilde ölçülmelidir.

Common Thermoelektrik Malzemelerinde Pratik Doping Strategies

Çeşitli termoelektrik bileşikleri geliştirildi, her biri özelleştirilmiş doping yaklaşımları ile. Aşağıda, elektrik iletkenliğinin materyal doping yoluyla nasıl kontrol edildiğini gösteren temsilci örnekler bulunmaktadır.

Bismuth Telluride (Bi[DÜDÜ:0)[DÜDÜT:2)[DÜDÜye: 3 )

Bi_{)2[Döneticiler için)[Dönetici:2)[Dönetici:2)) Oda sıcaklığı termoelektrikleri, iki kutuplu (Sb) için en iyi taşıyıcı konsantrasyonları, iki kutupluluk için yedeklenir; [Dönergeciklik, yarı iletkenlik, selenyum (Se)[MD)[MKD) ile birlikte yüksek çözünürlükte yapılır.}

Başa Çıkuride (PbTe)

PbTe klasik bir orta sıcaklık termoelektrik (500-900 K) P-tip doping, yüksek bir Seebeck katlanarak elde edilen yüksek taşıyıcı konsantrasyonlarında bile yüksek oranda elde edilen ZT > 1.5'yi özellikle başarılı bir strateji Tl ile yapıyor.

Şükrüler

Skutteritler (örneğin, CoSb[[Dönetici:0) 3[Düzücüler) nadir toprak elementleri gibi misafir atomları ile dolu büyük kafesler (Ce, Yb, Ba) Bu boşlukları dolduran bu boşluklar, yarı iletkenliklerin 800 K'den fazla K.

Half-Heusler bileşikler

Half-Heusler alaşımları (örneğin, TiNiSn, ZrNiSn) mekanik olarak sağlam ve termal olarak stabildir, onları yüksek sıcaklık enerji nesli için çekici hale getirirler.(D) Sb, Ta veya V (örneğin) ve Sc, Y veya Ti (örneğin) yüksek iletkenliğe rağmen, yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) ile birlikte yapılır.

Tin Selenide (SnSe)

SnSe son zamanlarda ultra soluklu lattice termal iletkenliği ve ZT > 2.6 tek kristallerde 923 K'ı aldı.Doping SnSe ile sodyum (Na) veya gümüş (Ag) delikler getiriyor ve b-ksimetri boyunca elektrik iletkenliği artırıyor. Ancak, anisotropic özellikler doping ve iletkenlik yön bağımlı, hesaplama optimizasyonudur.

Gelişmiş Doping Teknikleri Overcome Limitations

Geleneksel altkuruluş sınırlarına ulaşırken, araştırmacılar, mobiliteden çift taşıyıcı konsantrasyonunu bozmak için sofistike stratejiler geliştirdiler.

Modulation Doping

Modulation, şarj taşıyıcıları, onları tedarik eden dopant atomlarından uzaktır. Ortak bir yaklaşım, kuantum dotları veya nano ölçekli önsözleri aynı malzemeden büyük bir yarı iletken olarak ortaya çıktı. Carriers pour from the precipitates into the matrix, where they experience less ionized impurity Saçma because the blame dopants stay limitd to the precipitates.This Technique has been shown in SiGe and BiSbTe systems, to a growth in power factors in the termik functionality.

Delta Doping

Delta doping, malzeme içinde tek bir atom uçağına sahiptir. taşıyıcılar üst düzey bir katmana girer ve yüksek hareketli bir kanalda hareket ederler. Delta doping ince film termoelektrik süperlattices, PbTe/PbSe yapıları gibi, Seebeck katlarını korurken iletkenliği artırmak için kullanılır.

Kumaş ve Katı Çözüm Formasyon

Katı çözümler (örneğin, Bi_{))[Dönetici:2))-Sb)[Dörtüncü dalgalar[D)[Dörtüncü|Dönekli ısı iletkenliği azaltan bir yan etkidir.}

Doping ile birlikte nano yapılandırma

Nano yapılandırma - nanometer ölçeğinde tahıllar veya dahil etmek - orta dalga uzun dalga uzun metrajlı phononslar ile bir araya geldiğinde, bir aynı anda yüksek taşıyıcı konsantrasyonu ve düşük termal iletkenliği elde edebilir. anahtar, tahıl sınırlarının ciddi bir şekilde saçılmasını sağlamaktır. Proper passivation veya modulation doping bu riski azaltabilir.

Termoelektrikler ve Gelecek Yolları

On yıllar süren ilerlemeye rağmen, birkaç temel zorluk kalır.Ücretsizlik ev sahibi lattice genellikle sınırlıdır; bu sınırın, orta düzeye kadar performansa yol açan ikincil aşamalara yol açar. Dahası, çözünürlükte optimum dopingin işletim sıcaklığının optimum olması anlamına gelir.[Dönetici:2 ⁇ istikrar)

Bir başka meydan okuma, elektronik ve termal tasarıma dair algılayıcıdır[[[Dönetici: 1 ). İdeal olarak, lattice termal iletkenliği azaltırken elektrik iletkenliği maksimize edilmelidir. Bazı dopants, örneğin nadir toprak elementleri, her iki donör taşıyıcı tarafından iki rol oynayıp, bu tür "multifonksiyon" dopantsi tanımlamak veya tasarlamak, aynı anda araştırma aktif bir alandır.

Son olarak, üretim kısıtlamaları pratik doping tekniklerini sınırlandırır. Büyük ölçekli uygulamalar (örneğin, otomotiv atık ısı kurtarma), doping, toz metal veya erimiş gibi mevcut işleme yollarıyla yeniden üretilmelidir. )Scalability) Laboratuvar kayıtları ve ticari ürünler arasında bir gating faktörü kalır.