考虑能量弛豫的超晶格材料塞贝克系数理论模型

我们提出了一个超晶格材料塞贝克系数 S 的解析模型，该模型显式考虑了由电子-光学声子（e-ph）散射引起的能量弛豫。在此类材料中，塞贝克系数不仅由材料的体塞贝克值决定，而且还取决于载流子从导电性较差的势垒区传播到导电性较好的势阱区时的能量弛豫过程。我们将 S 计算为势阱尺寸 d 的函数，其中当 d 大于 l（l 为能量弛豫长度）时，载流子能量在势阱内逐渐弛豫。我们基于非平衡格林函数（NEGF）方法的更先进量子输运模拟以及一个实验对模型进行了验证，发现二者非常吻合。在不考虑能量弛豫的情况下，结果与 NEGF 结果偏差很大。该模型在改变光学声子能量 hw 或 e-ph 耦合强度 D0（决定 l 的物理参数）时，也给出准确结果，仅存在微小偏差（最高约 3%）。作为一阶近似，该模型对纳米复合材料有效，并可能在纳米工程热电材料设计中用于识别材料组合和估算理想尺寸，以提升功率因子性能。