纳米 inclusions 降低热电材料双极效应的有效性

双极载流子输运常常是高窄带隙材料（如 Bi2Te3 和 PbTe）在高温下热电效率的限制因素，因为它给热导率引入了一项附加项，并降低了 Seebeck 系数。在这项工作中，我们对纳米 inclusions 降低双极输运有害影响的能力进行了理论研究。利用量子力学非平衡格林函数（NEGF）输运形式，我们模拟了通过含有密集排布纳米 inclusions 的二维系统的电子输运，这些 inclusions 之间的间距与电子平均自由程相近。具体而言，考虑一种 n 型材料，其双极效应来自价带，我们插入仅对少数载流子空穴形成势垒的纳米 inclusions。随后我们提取材料的电导率、Seebeck 系数以及包含双极贡献的电子热导率。我们表明，纳米 inclusions 确实能在降低少数载流子输运以及双极效应对电子热导率和 Seebeck 系数的影响方面取得一定成效。正如预期，降低双极电导率所带来的益处，在少数载流子能带初始导电性越强（尤其是空穴平均自由程越大）时越显著。然而有趣的是，对 Seebeck 系数和功率因子的益处不仅在少数载流子平均自由程较大时更为明显，而且在其相对于多数载流子导带平均自由程更大时更为突出。最后，我们给出了纳米 inclusions 对 ZT 品质因数所能带来益处的整体估计。