热电材料性能评价的指标优化

热电材料也称温差电材料，是一种利用固体内部载流子的运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料，其性能可用热电优值系数来评估［17］：

其中，Z为热电优值；S为Seebeck系数或热电势率；κ为电阻率；λ为热导率。由于不同环境温度下材料的Z值不同，人们习惯上常用热电系数与温度之积——无量纲热电优值ZT的大小来描述在一定温度T时热电材料性能的好坏，即

这里，T是绝对温度。式（13.2）中T亦可换成T［T=（TH+TL）/2］，用以表示一定温度范围内热电材料性能的好坏，TH、TL分别为热端、冷端温度。

从上式可发现，热电材料的Seebeck系数越高，电阻率越低，热导率越低，ZT值越高。提高热电材料的优值系数的途径主要是通过提高载流子浓度和载流子迁移率，以提高热电半导体材料的电导率。但实验证明，对于许多热电材料，电导率提高到一定值后，热电势率却随着电导率的进一步提高而大幅下降［18］。另外，电导率的增加还会引起热导率的提高，从而引起材料两端温差下降乃至降低热电转换效率。目前业界研究热点集中在通过降低声子热导率来减小材料的热导率。其中主要是利用分子束外延、CVD、激光熔融、高压粒子注入、粒子电化学沉积等工艺，制备薄膜和低维量子结构，通过提高其声子散射，从而有效降低热导率。常用热电材料的ZT值一般为～1，而近来报道的新型热电材料的ZT值逐渐提高［19-21］，已接近或超过2.5，正向实用化迈进。(www.xing528.com)

对于热电薄膜发电机，热电优值Z的简化版更常用，称为功率因子w（W/K2·m），即：

根据上述分析，可试验研究新型可印刷式热电器件的一系列物理特性。