热电转换器件的研究进展与挑战

魏平,李龙舟,朱婉婷,聂晓蕾,张健强,赵文俞,张清杰
摘要: 热电转换器件作为能实现电能与热能直接相互转换的功能器件, 在工业废热回收利用、深空深海电源、半导体制冷、双向精确控温等领域具有重要应用。综述了6 类热电转换器件的拓扑结构设计、连接界面控制、集成制造和热电转换性能提升策略等方面的研究进展, 内容包含基于块体热电材料的低温、中温和高温单级热电转换器件以及低-中温级联热电转换器件, 基于热电磁能源转换材料的热电磁全固态制冷器件, 以及基于人造倾斜结构复合材料的横向热电转换器件。同时, 简要评述了热电转换器件研究目前面临的诸多挑战, 如热电发电应用存在异质界面失稳、热电制冷应用存在材料加工和器件集成困难等。
关键词: 热电转换器件; 拓扑结构; 连接界面; 应用技术; 挑战难题

目录介绍

1 前言

2 单级热电转换器件

2.1 器件结构和热电转换原理

2.2 低温单级热电转换器件

2.2.1 Bi2Te3 基热电转换器件

2.2.2 Mg3(Sb, Bi)2 基热电转换器件

2.3 中温单级热电转换器件

2.3.1 CoSb3 基热电转换器件

2.4 高温单级热电转换器件

2.5 -低温级联热电转换器件

3 热电磁全固态制冷器件

3.1 全固态制冷原理与器件拓扑结构设计

3.2 器件结构优化设计

3.3 器件界面优化设计

3.4 器件集成制造与性能评价

4 人造倾斜叠层结构横向热电转换器件

4.1 器件热电转换原理

4.2 器件高通量结构设计

4.2.1 人造倾斜叠层结构热电器件计算模型

4.2.2 碲化铋基人造倾斜叠层结构热电器件的高通量优化

4.3 几种典型的人造倾斜叠层结构热电器件

4.3.1 Ni/ BiSbTe 人造倾斜叠层结构热电器件

4.3.2 YbAl3 / BiSbTe 人造倾斜叠层结构热电器件

4.3.3 BiSbTe/ BiTeSe 人造倾斜叠层结构热电器件

4.3.4 Bi/ BiSbTe 人造倾斜叠层结构热电器件

5 结语

 

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