面向高功率因子热电材料的分级纳米结构化方法

采用包含电子与声学声子和光学声子相互作用的量子输运非平衡格林函数方法，研究了分级纳米结构化材料的热电功率因子。我们通过类超晶格的势垒或势阱，结合量子点势垒或势阱纳米夹杂以及中间区域的空隙来描述分级纳米结构化。我们表明，这些结构可以设计成这样一种方式：功率因子不仅对纳米结构特征的存在大体上不敏感，而且在某些条件下也能获得增益。有趣的是，我们表明这些设计方法与电流的能量弛豫以及载流子散射受弹性还是非弹性过程限制有关。特别地，当纳米结构形成势垒时，在弹性散射条件下功率因子可大幅增强，且与纳米结构密度和势垒高度无关。然而，当非弹性散射过程占主导时，功率因子不可避免地退化。在纳米结构形成势阱的情况下，尽管有轻微下降，功率因子在弹性或非弹性散射过程中都相当稳健。这些纳米结构设计方法有助于开辟新一代纳米结构化热电材料的优化路径，不仅针对热导率的降低，同时也针对功率因子的同步提升。