基于第一性原理的AlGaN合金热电性质研究

摘要

热电材料能够实现热能与电能的转换,在缓解能源危机领域起着很重要的作用。目前热电材料的研究主要集中在Bi2Te3,PbTe等由重金属组成的化合物半导体和合金材料上,存在有毒有害物质,并且一般只能应用在较低温度区域,因此新型热电材料成为目前热电领域研究的热点。论文基于第一性原理和玻尔兹曼输运理论对不同组分和不同导电类型AlGaN材料的电子结构和热电性质进行了研究。电子结构计算结果表明随着Al组分的提高,AlGaN的禁带宽度不断的增大,并且AlGaN的能带结构存在能谷汇聚的现象,这种能谷汇聚可以有效的提高材料的塞贝克系数。热电性质计算结果表明AlGaN材料的ZT值随着Al组分的增加先增加后降低,在Al组分为0.5时ZT值最高,相对于GaN的ZT值可以提高70%以上;P型AlGaN的热电性质要优于N型AlGaN材料,P型Al0.5Ga0.5N材料的ZT值在1100 K时最高可以达到0.077,N型的Al0.5Ga0.5N材料的ZT值在相同温度时大约为0.037。