[发明专利]一种基于β型碲化硅材料的热电转换元件及其制备方法

说明书

本发明涉及热电转换元件领域，提供了一种基于β型碲化硅材料的热电转换元件及其制备方法，所述热电转换元件由P型半导体和N型半导体组成，其中所述P型半导体和所述N型半导体以串联方式电连接并以并联方式热连接，所述P型半导体包含β型碲化硅材料。本发明所提供的热电转换元件具有高塞贝克系数，高电导率及低热导率低。因此本发明所提供的热电转换元件具有较高的热电转换效率。

技术领域

本发明涉及热电转换元件领域，特别是涉及一种基于β型碲化硅材料的热电转换元件。

背景技术

热电转换元件作为一种通过利用塞贝克效应将热能直接转化成为电能的元件，具有无噪声，无污染，可靠性强等优点。用于制成热电转换元器件的热电偶通常由热电半导体组成。热电半导体的热电转换效率越高，那么热电转换元件的热电转换效率就越高。

热电半导体的热电转换效率由公式来决定。其中S是为塞贝克系数，σ为电导率，κ为热导率，T为绝对温度。热电优值ZT越高，说明热电转换效率越高。理想的热电半导体应该具有高塞贝克系数S，高电导率σ，同时具有低热导率低。然而很多具有高电导率的半导体材料往往具有较高的热导率κ。因此，传统的热电半导体材料不能达到理想的热电转换效率。

发明内容

本发明旨在提供一种基于β型碲化硅材料的热电转换元件，以提高传统热电转化元件的热电转换效率。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件，由P型半导体和N型半导体组成，其中所述P型半导体和所述N型半导体以串联方式电连接并以并联方式热连接，所述P型半导体包含β型碲化硅材料料。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件，所述β型碲化硅材料具有褶皱蜂窝结构，且所述β型碲化硅材料的空间群结构为P3m1。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件，所述P型半导体还包含三价杂质材料。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件，所述三价杂质材料为硼和/或镓。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件，所述硼和/或镓的体积浓度为3.7×10²⁰cm^-3。

本发明所提供的热电转换元件具有高塞贝克系数，高电导率及低热导率。因此本发明所提供的热电转换元件具有较高的热电转换效率。

另一方面，本发明的一个实施例还提供了一种基于β型碲化硅材料的热电转换元件的制备方法，以解决制造一种高热电转换效率的热电转换元件的问题。

上述方法包括如下步骤：

S1：利用分子束外延技术，在硅单晶的基底上生长具有褶皱蜂窝结构的β型碲化硅材料；

S2：通过掺杂三价杂质材料将所述β型碲化硅材料制成P型半导体；

S3：将所述P型半导体与N型半导体以串联方式电连接并以并联方式热连接。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件的制备方法，所述β型碲化硅材料具有褶皱蜂窝结构，且所述β型碲化硅材料的空间群结构为P3m1。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件的制备方法，在步骤S2中，使用三价杂质材料对所述P型半导体进行掺杂。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件的制备方法，所述三价杂质材料为硼和/或镓。

上述的基于β型碲化硅材料的热电转换元件的制备方法，所述硼和/或镓的体积浓度为3.7×10²⁰cm^-3。

本发明所提供的热电转换元件的制备方法，能够制备出来具有高塞贝克系数，高电导率及低热导率的热电转换元件。因此，使用上述制备方法制备出来的热电转换元件具有较高的热电转换效率。