半导体热电发电器的研制

论文摘要

能源危机和环境危机使得各国政府大力支持新能源的开发与利用。半导体温差发电项目是一种绿色环保能源技术,通过seebeck效应把热源转化为电能。这种发电技术有体积小、重量轻、无污染、性能稳定等特点,具有其他普通能源不具备的优势,成为研究的热门。这项技术已经用于航天和军事等领域,正向工业和民用方向普及。本文介绍几种基本的热电效应和理论计算热电转化效率,并分析影响材料热电性能的几个基本参数:seebeck系数、电导率、热导率。再从适用于室温使用的Bi2Te3半导体热电材料作为研究对象,测试了柱状Bi2Te3的热电性能,获得材料的热电参数规律。并辅助castep软件计算材料的电子结构,加深理解掺杂对材料热电性能的影响,发现不同类型的掺杂都能够减小电子跃迁时所需要的能量。热激发时激发的电子数量会增加,在热电材料使用过程中能增强热电性能。从热输运和电输运方面探讨热电器件工作过程中的改进,进行了导热材料、绝热材料、散热部分的改性分析。文章对半导体热电模块进行测试,研究半导体热电模块的开路电压、伏安特性、输出功率、热电转换效率等一系列热电特性,并总结出热电器件的发电性能规律。还以热电模块测试作为基础,制备出两种基于不同叠放方式的热电器件,测试器件的热电性能,器件一在热端温度为80℃时的输出匹配功率达到176mW,器件二在热端温度为100℃时的输出匹配功率达到160mW。最后对采集数据系统进行改进,设计以阿尔泰数据采集卡为基础的电脑智能采集数据系统。能够成功采集电压、温度信号。并实现进行数据保存。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 热电理论
• 1.3 热电材料性能参数
• 1.4 常见热电材料
• 1.5 本文研究内容
• 2Te₃ 半导体热电材料'>2 Bi₂Te₃半导体热电材料
• 2Te₃ 材料介绍'>2.1 Bi₂Te₃材料介绍
• 2.2 半导体热电材料转化效率
• 2Te₃ 半导体材料热电性能测试'>2.3 Bi₂Te₃半导体材料热电性能测试
• 2Te₃ 材料电子结构研究'>2.4 Bi₂Te₃材料电子结构研究
• 2.5 本章小结
• 3 半导体温差发电装置的研制
• 3.1 实验装置研制
• 3.2 单片模块热电性能测试
• 3.3 热电发电模块装置研制
• 3.4 半导体热电发电拓展应用
• 3.5 本章小结
• 4 计算机辅助测试
• 4.1 工具简介
• 4.2 测试思路
• 4.3 测量采集方法
• 4.4 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献