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《吉林大学》 2009年
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HgTe高压cinnabar相热电效率的第一性原理研究

陈欣  
【摘要】: 热电转换技术是利用半导体材料的赛贝克(Seebeck)效应和帕尔帖(Peltier)效应将热能和电能进行直接转换的技术,包括温差发电和热电致冷。这种技术具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物质、适用温度范围广等特点。 尽管热电材料具有如此多的优点,有望在人类生活的各个方面发挥巨大的作用,但是,热电转换效率低是它的致命弱点,限制了热电材料的广泛应用。目前,实验已报道的最佳热电材料转换效率在10%左右,远远低于普通热机约35%的发电效率。因此,提高热电材料的能量转换效率,寻找能够在室温和地热温区工作的热电材料是热电材料研究的关键问题。而使用压力手段来提高热电材料的转换效率是近期的研究热点之一。HgTe作为一种典型的II-VI族化合物,在高压下具有丰富的结构,但是HgTe高压相热电性能的实验和理论研究仍未得到深入开展。因此本文利用基于密度泛函理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FP-LAPW)的方法,结合半经典的玻尔兹曼输运理论,对HgTe常压ZB结构和高压cinnabar结构的热电性能进行了系统的理论研究,得到了如下创新性成果: (1)首次发现2.85GPa下N型cinnabar相HgTe的热电效率ZT值在室温下为0.61,约为常压下N型ZB相HgTeZT值的5倍,在600K时ZT值达到1.74,我们发现cinnabar相HgTe是一种潜在的热电材料。 (2)通过对cinnabar相HgTe的晶体结构以及电子特性的详细分析和讨论,我们从微观结构的层次上对HgTe高压cinnabar相的优异热电性能作出了理论解释:N型掺杂的cinnabar相电子结构中能量分布的各向异性是其优异热电特性的深层的物理根源。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN304

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