Спосіб керування термоелектричними параметрами напівпровідника

Винахід відноситься до області перетворення теплової енергії в електричну і дозволяє збільшувати або зменшувати термоелектрорушійну силу напівпровідникового матеріалу в процесі його практичного використання в термоелектричному пристрої. Відомі способи зміни термоелектричних властивостей напівпровідників шляхом їх легування чи відпалу (Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства: Справ. - К.: Наук. думка, 1979. - 768с.; Термоелектричний перетворювач // Заявка Великобританії №2097185, опубл. 27.10.82, №4887). При цьому напівпровідники p-типу, у яких рухливість електронів більша за рухливість дірок, при нагріванні змінюють знак із додатнього на від'ємний (Стильбанс Я.С. Физика полупроводников. - М.: Сов. радио, 1967. - 451с., рис.6.5). Відомий спосіб плавного керування оптичними властивостями напівпровідникових матеріалів, зокрема випромінюванням такого напівпровідникового матеріалу, як телурид свинцю при його всебічному стискуванні (А.с. СССР №1831967 A3, кл. H01L33/00 от 25.01.89). Недоліками відомих способів є одноразовість зміни термоелектричних параметрів напівпровідника та довготривалість процесів легування чи відпалу. Завданням винаходу є керування термоелектричними параметрами напівпровідника. Поставлене завдання досягається таким чином, що спосіб керування термоелектричними параметрами напівпровідника, що включає його нагрівання та охолодження, відрізняється тим, що напівпровідник p-типу нагрівають вище температури, при якій змінюється знак термоЕРС із додатнього на від'ємний, далі проводять охолодження в область температур. при яких термоЕРС знову стає додатньою; при цьому додаткове збільшення термоЕРС здійснюється повторним нагріванням, задовільняючи співвідношенням: ví 1 >1 v îõ - для збільшення термоЕРС; ví 1 ví 2 - для додаткового збільшення термоЕРС, де vн1, vох, vн2 - швидкості нагріву, о холодження, повторного нагріву відповідно. На прикладі телурида свинцю p-типу на кресленні (крива 1) показано залежність його термоЕРС від температури при швидкості нагріву vн1 = 3град/хв. Збільшення величини термоЕРС досягається охолодженням напівпровідника із швидкістю vox, меншою від швидкості нагріву vн1. Крива 2 показує хід зміни термоЕРС при охолодженні телурида свинцю із швидкістю vox = 2град/хв. Зменшення додатніх значень термоЕРС відбувається при охолодженні напівпровідника із швидкістю vox, більшою від швидкості нагріву vн1 (крива 3, vox = 3,5град/хв). Для одержання значно більших додатніх значень термоЕРС телурида свинцю від даних кривої 2, його охолодження здійснюється до температур ділянки логарифмічного росту термоЕРС (наприклад, т. А на кресленні). Далі проводять повторне нагрівання напівпровідника в область робочих температур із швидкістю нагрівання vн2 < vн1 (крива 4 при vн2 = 2град/хв. для випадку кривих 1 і 2. Крива 5 при vн2 = 2,5град/хв. для випадку кривих 1 і 3). Стабільність додатніх значень термоЕРС телурида свинцю p-типу при робочих температурах (т.B і B1 на кривих 4 і 5) перевищує 99%. Повернення телурида свинцю p-типу в початкове положення здійснюється його охолодженням до кімнатних температур. Апробовані значення швидкості нагріву vн1 знаходяться в межах 0,1 - 0,5град/хв. Найбільш оптимальна величина vн1 = 1,0 - 3,0град/хв. Керуючи співвідношеннями швидкостей нагріву, охолодження та значеннями температури Tн, що переважають температуру, при якій досягається зміна знаку термоЕРС (т.Ta = 0 на кресленні), можна суттєво покращувати термоелектричні параметри напівпровідникового матеріалу при робочих температурах. Цикли зміни властивостей реалізовуються багатократно. Використання ефекту збільшення величини термоЕРС напівпровідника p-типу дозволить збільшити його термоелектричну добротність. Застосування винаходу підвищить коефіцієнт корисної дії безмашинних перетворювачів теплової енергії в електричну, зокрема термоелементів, термоелектричних батарей, термоелектричних генераторів для одержання додаткової електроенергії на теплових електростанціях.