具体技术细节
[0009] 技术问题
[0010] 因此，设计本公开内容以解决诸如以上那些的问题，并因此，本公开内容涉及提供具有良好的ZT值而不降低电导率并因此具有优异的热电转换性能的化合物半导体热电材料及其制造方法，以及使用其的热电模块或热电发电机和热电冷却装置。
[0011] 技术方案
[0012] 为了实现所述目的，根据本公开内容的化合物半导体热电材料包含：n型化合物半导体基体；和分散在基体中的n型颗粒，其中所述n型颗粒是与基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm至100μm。
[0013] 在此，根据化合物半导体热电材料的总重量，n型颗粒可以以0.1重量％至1.0重量％的量存在。
[0014] 此外，n型颗粒可设置在基体的晶界或晶粒中。
[0015] 此外，n型颗粒的电导率可为10S/cm或更大。
[0016] 此外，n型颗粒的电子亲和势可与基体的电子亲和势类似，或者比基体的电子亲和势低0.5eV或更小。
[0017] 此外，n型颗粒可作为稳定的第二相存在于基体中。
[0018] 基体可以是Bi-Te体系或Bi-Te-Se体系。此外，n型颗粒可以是InSb或InSb：Se(表示具有Se掺杂的InSb)。基体还可包含Cu、Zn和I中的至少一者。
[0019] n型颗粒可通过调制掺杂引起电导率提高，或者通过多数载流子过滤引起塞贝克系数增加，或者通过少数载流子过滤引起双极热导率降低。
[0020] 为了实现所述目的，根据本公开内容的热电转换模块可包含根据本公开内容的化合物半导体热电材料作为n型元件。
[0021] 为了实现所述目的，根据本公开内容的热电发电机和热电冷却装置可各自包含根据本公开内容的化合物半导体热电材料。
[0022] 此外，为了实现所述目的，用于制造化合物半导体热电材料的方法可包括：制备n型化合物半导体基体原料；向该n型化合物半导体基体原料中添加n型颗粒，其中所述n型颗粒是与基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm至100μm；以及加压烧结。
[0023] 在一个优选实施方案中，n型化合物半导体基体原料的制备包括形成包含Bi、Te和Se的混合物，以及对混合物进行热处理以形成合成产物。在此，合成产物的形成可在350℃至450℃的温度条件和10小时至15小时的时间条件下进行。此外，合成产物的形成可通过固相反应过程来进行。
[0024] 此外，n型颗粒的添加可通过将粉末形式的n型颗粒添加至粉末形式的原料中的过程来进行。
[0025] 此外，加压烧结可通过放电等离子体烧结过程来进行。
[0026] 此外，加压烧结可在30MPa至60MPa的压力条件和350℃至450℃的温度条件下进行。
[0027] 有益效果
[0028] 根据本公开内容，将能够使声子散射的μm级化合物半导体n型颗粒添加至n型化合物半导体基体中(其中n型颗粒是与基体不同的化合物半导体)，从而有效地降低热导率而不降低电导率。因此，可以提供ZT值增加的化合物半导体热电材料。
[0029] 特别地，由于根据本公开内容的一个方面的化合物半导体热电材料的ZT值增加，因此当其用于热电冷却装置时实现了高效率的热电冷却。
[0030] 此外，根据本公开内容的一个方面，由于在室温至200℃的温度范围内具有高的ZT值而没有电导率降低，因此可以提供适于在相对中等和相对低的温度下使用的化合物半导体热电材料。
[0031] 此外，根据本公开内容的制造方法，可以通过以粉末形式添加与基体不同的μm级化合物半导体的简单过程而无需高成本的制造和添加nm级细颗粒的过程来低成本地大量生产良好的热电材料。
法律保护范围
涉及权利要求数量20：其中独权5项，从权-5项
1.一种化合物半导体热电材料，包含：
n型化合物半导体基体；和
分散在所述基体中的n型颗粒，其中所述n型颗粒是与所述基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm至100μm。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中根据所述化合物半导体热电材料的总重量，所述n型颗粒以0.1重量％至1.0重量％的量存在。
3.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒设置在所述基体的晶界或晶粒中。
4.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒的电导率为10S/cm或更大。
5.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒的电子亲和势与所述基体的电子亲和势类似，或者比所述基体的电子亲和势低0.5eV或更小。
6.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒作为稳定的第二相存在于所述基体中。
7.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述基体是Bi-Te体系或Bi-Te-Se体系。
8.根据权利要求7所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒是InSb或InSb：Se。
9.根据权利要求7所述的化合物半导体热电材料，其中所述基体还包含Cu、Zn和I中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒通过调制掺杂引起电导率提高，或者通过多数载流子过滤引起塞贝克系数增加，或者通过少数载流子过滤引起双极热导率降低。
11.一种热电转换模块，包括根据权利要求1至10中任一项所述的化合物半导体热电材料作为n型元件。
12.一种热电发电机，包括根据权利要求1至10中任一项所述的化合物半导体热电材料。
13.一种热电冷却装置，包括根据权利要求1至10中任一项所述的化合物半导体热电材料。
14.一种用于制造化合物半导体热电材料的方法，包括：
制备n型化合物半导体基体原料；
向所述n型化合物半导体基体原料中添加n型颗粒，其中所述n型颗粒是与所述基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm至100μm；以及
加压烧结。
15.根据权利要求14所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述n型化合物半导体基体原料的制备包括：
形成包含Bi、Te和Se的混合物；以及
对所述混合物进行热处理以形成合成产物。
16.根据权利要求15所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述合成产物的形成是在350℃至450℃的温度条件和10小时至15小时的时间条件下进行的。
17.根据权利要求15所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述合成产物的形成是通过固相反应过程来进行的。
18.根据权利要求14所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述n型颗粒的添加是通过将粉末形式的所述n型颗粒添加至粉末形式的所述原料中的过程来进行的。
19.根据权利要求14所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述加压烧结是通过放电等离子体烧结过程来进行的。
20.根据权利要求15所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述加压烧结是在30MPa至60MPa的压力条件和350℃至450℃的温度条件下进行的。
