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温差电技术讲座 第三讲： 温差电材料及其 制备工艺 张建中 广东富信电子科技有限公司 温差电材料的选择标准 温差电材料的优值 评价某一温差电材料的质量标准，单一温差电材料 的优值 z （figure of merit，有的地方称为品质因 子 ），即 2 2 α α σ Z ρκ k 实际工作中，也经常使用它与绝对温度的乘积--无 量纲优值 zT的概念。 2T 2 α α σ ZT ⋅T ρκ k 优值 要想得到优值高的材料，只有提高材料的塞 贝克系数和电导率，降低材料的热导率。但是 塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上 依赖于载流子浓度和迁移率。 组分和工艺近似相同的温差电材料，其热导 率一般不会有大的变化，因此人们往往用α2 σ 来评估材料热电性能的优劣。α2 σ被称为功率 因子（power factor）。 温差电材料的选择 熔点 蒸气压 扩散性质 热膨胀系数 抗氧化能力 机械性能 先进温差电材料努力方向 增加ZT值，大于2，或更高 （目前多少？） 有优良的热、化学、机械稳定性 合成或制备工艺有重复性 工作条件下长期稳定性（5至10年） 与其他系统材料相容性好 原材料成本低、制备成本低 绿色、环保 碲化铋及其合金 碲化铋-Bi Te 2 3 温差电致冷器和低温温差发电器，应用最广的材 料是Ⅴ-Ⅵ族化合物半导体碲化铋及其固溶体。 熔点：585℃ 密度：7.86g/cm3 晶体结构属三角晶系（菱形晶系） 空间群： R3m （No.160） 晶体结构 沿C轴方向可视为六面体层状结构，在同一层上 具有相同种类的原子，层与层之间呈 -Te(1)-Bi-Te(2)-Bi-Te(1)- 的原子排布方式。其中，Bi-Te(1)之间以共价键和 离子键相结合， Bi-Te(2) 之间为共价键，而相邻 两个循环之间的Te(1)、Te(1)原子之间结合能较 弱，以范德华键相结合。因此，BiTe晶体很容易沿 垂直于晶体c轴的面发生解理。 （机械性 能！！！） Bi Te 晶体的层状结构 2 3 1-范德瓦斯键， 2-共价－离子键， 3-共价键， 4-共价键， 5-共价－离子键 导电类型和掺杂 Bi2Te3的化学计量比在晶体生长时不易控制。Bi2Te3合 金在熔点温度时化合物组分富Bi，过剩的Bi在晶格中占 据Te原子的位置后形成材料的受