半导体的热电效应及热电材料研究与应用
热电材料的发展与应用
热电材料的发展与应用热电效应是指当材料处于温度差异作用下，由于电子的布朗运动而产生的电活动。
这种效应被称为热电效应，而能够利用热电效应产生电力的材料被称为热电材料。
热电材料的发展与应用一直是科技领域中的热门话题。
本文将从热电材料的基本原理、发展历程及应用进行论述。
热电材料的基本原理热电效应基本原理可以通过“铂热电偶”来讲解。
铂热电偶由两种不同的金属——铂(Pt)和铑(Rh)组成，其中一端处于高温源，另一端处于低温源，两端间存在温度差。
这样，金属中的氧化物离子扮演了重要角色。
当两端间的温差推动了氧化物离子从低温区域向高温区域扩散时，由于金属中存在的自由电子，氧化物在金属中被还原，释放出免费的电子。
这些免费的电子可以在两个金属之间形成电流。
热电材料的发展历程热电材料的发展始于19世纪初期，试图将热转化成其它形式的能源。
当时，铁和铜中的热电效应被发现。
不过，由于热电转化的效率太低，缺乏实际应用。
到了20世纪50年代，硒化铋(Bi2Se3)和硒化铟(In2Se3)等基础热电材料被发现并得到应用。
这些材料的热电系数和载流子浓度相对较高，使得它们的热电转化效率得到提高。
21世纪初期，灵敏度、稳定性和效率是热电材料在制备过程中需要解决的主要技术难点。
新型的材料研究和优化加工工艺为热电材料的实际应用提供了新的可能性。
如：钙钛矿氧化物PbTe和CsSnI3。
由于p型半导体中电子约束本身对晶体保持稳定，所以热电材料的稳定性非常重要。
近年来，石墨烯、纳米材料和自旋电子学等方面的研究，也为热电材料的性质调控和制备奠定了重要基础。
热电材料的应用由于热电材料可以将热能直接转化成电能，不需要传统发电方式中的机械部分，因此热电材料被广泛应用于一些特定领域。
此外，热电材料也因其环境友好、高效等优点而引起了广泛的关注。
军事领域：军用装备常常需要长时间工作在相对严酷的自然环境中，如红外线感应枪瞄具、无人机等，其热电系统可以极大地减少对外部能源的依赖，提高装备在恶劣环境下的稳定性和可靠性。
热电材料的研究及其应用
热电材料的研究及其应用热电材料是一种可以将热能转化成电能的物质。
通俗地说，热电材料可以通过温差发电，利用热能将电能转化，具有重要的应用前景。
随着节能环保理念的不断普及，热电材料的研究受到了广泛的关注。
热电材料的主要特点是它们能够将温度差转化为电能，在极特殊条件下这种效应被称为费贝基效应。
热电材料的研究领域非常广泛，这些材料的应用能够弥补当前经济中的某些缺陷并改变许多技术系统的结构。
热电材料具有多种特性，如半导体电性质量，热电性质，光电性质和力学性质，这使得热电材料具有非常广泛的应用领域。
目前，热电材料的研究重点是在热电材料的发现、材料结构设计、性质理论研究、应用领域研究和实际应用五个方面进行。
热电材料被广泛应用于能源与电力、信息与通讯、医疗卫生、军事与航空、环境与生物等领域，其中最广泛应用的是能源领域。
利用热电效应实现热能的转化可以大大提高电力的整体效率，目前人们已经着手使用热电材料来研发新一代高效热电设备，这不仅是一项极其重要的技术创新，更是一项重大的经济利益和环境保护工程。
热电材料目前的应用主要集中在锗和硅等材料中。
锗和硅是最常用的热电材料，但它们的转换效率相对较低，且成本较高。
近年来，人们利用纳米技术和多元化材料的开发使得新型热电材料的性能日益提高，比如可降低材料的导电性和热传导性的”纳米结构设计”技术，已经使热电材料的转化效率明显提高。
随着新材料、新技术和新理论的出现，未来热电材料的研究和应用领域将会更为广阔和多样化。
除了在能量和电力领域中的应用外，热电材料还可用于医疗卫生、环境与生物技术领域。
利用热电材料可以研发出一些可穿戴式设备，例如皮肤贴片，这些设备可以自发热或感知人体温度变化，并可以具备监测、采集和处理生命信号的能力。
在外科手术中，可以通过皮肤贴片实现血压、脉搏等生理指标的实时监测，有效提高医疗人员的诊断效率。
另外，热电材料的应用还涉及汽车、航空和船舶等领域，例如汽车发动机排放废气中的废热利用，可以使废气得到更好的处理和利用。
热电材料的热电性能研究与应用
热电材料的热电性能研究与应用随着科技的不断进步，热电材料作为一种新型新兴材料，开始被广泛研究和应用。
热电材料的热电性能是热电材料最重要的性能指标之一，对于热电材料的研究和应用具有非常重要的意义。
本文将围绕热电材料的热电性能展开论述，主要内容包括热电材料的基础知识、热电材料的分类、热电材料的热电性能及其测试方法、热电材料的应用研究进展和未来发展趋势。
一、热电材料的基础知识所谓热电效应，是指在两个不同材料之间，当其中一种材料处在温差场中，就会产生电压，这种现象就是热电效应。
热电材料是一类具备热电效应的材料，其中最常见的是热电元件。
热电元件是将两种不同材料连接在一起，形成一个电路的元件。
热电材料的应用领域很广泛，包括热能转换、温度检测、温度控制等方面。
二、热电材料的分类根据热电材料的性质、成分和应用，可以将其分为多种不同的类型。
其中最常见的有：1. 半导体热电材料：半导体热电材料是目前最常见的一种热电材料。
这种材料的基本结构是一个p型半导体和一个n型半导体相连，两个半导体的接触面就是电极。
半导体热电材料的工作原理是在温差条件下，由于p型半导体和n型半导体结构不同，会出现电子在两个半导体之间的漂移现象，进而产生热电效应。
2. 金属热电材料：金属热电材料是指由金属和合金组成的热电材料。
这种材料的热电效应主要是由于金属中的自由电子和热运动产生的电荷移动引起的。
金属热电材料的优点是工作温度高、热电性能优越、稳定性好等。
3. 聚合物热电材料：聚合物热电材料是近年来新兴的一种热电材料。
这种材料的优点是柔性好、制备过程简单、成本低等。
聚合物热电材料常用于温度监测、人体温度检测等领域。
三、热电材料的热电性能及其测试方法热电材料的热电性能是热电材料的重要指标之一，也是评价热电材料优劣的关键。
热电材料的热电性能指标主要包括热电势、热电伏特系数、热电导率和热电功率因子等。
热电材料的热电性能与材料的类型、成分、结构等因素密切相关。
半导体器件中的热电特性与热电转换技术
半导体器件中的热电特性与热电转换技术随着科技的不断进步和人们对环境保护的重视，热电转换技术作为一种新兴的能源转换方式逐渐受到人们的重视。
热电转换技术利用材料的热电效应实现热能和电能之间的转换，具有高效、可靠、环保等优点，在能源领域具有广泛的应用前景。
而要实现热电转换技术的高效率，热电特性的研究和理解至关重要。
本文将探讨半导体器件中的热电特性与热电转换技术。
首先，我们需要了解半导体材料的热电效应。
热电效应是指材料在温度差异下产生的电压差和电流的现象。
根据材料的导电类型，热电效应可以分为Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
Seebeck效应指的是当半导体材料的两端温度不同时，会产生电势差使电流通过材料。
Peltier效应则是当电流通过半导体材料时，会在材料的两端产生温度差。
Thomson效应是指电流通过材料时，由于材料内部的温度梯度，会产生温度依赖的电势差。
这些热电效应共同构成了半导体器件中的热电特性。
热电转换技术依赖于材料的热电特性来实现热能和电能的相互转换。
其中，Seebeck效应是热电转换技术中最重要的基础。
通过合理选择材料和设计器件结构，可以实现高效的热电能量转换。
半导体材料具有较高的Seebeck系数，意味着它们更容易将热能转化为电能。
因此，半导体材料成为热电转换器件中的核心材料。
同时，为了提高转换效率，还需要降低材料的电阻和热阻。
通过材料的复合、结构的优化和工艺的改进等方式，可以大幅度提高热电转换器件的效能。
在热电转换技术的应用方面，半导体材料的热电性能对于发电装置的效率和性能起着决定性的作用。
一种常见的热电转换器件是热电发电器。
热电发电器利用温差发电原理，将热能转化为电能。
将热电体与散热体连接，当热电体的一侧受热，另一侧受冷时，会产生电势差，从而产生电流。
通过合理设计热电发电器的结构和优化材料的选择，可以提高发电效率和输出功率，使其在新能源领域具有重要的应用价值。
热电材料的性能研究及其应用
热电材料的性能研究及其应用随着人们对可再生能源的追求和制造业的不断发展，热电材料的研究和应用逐渐受到了越来越多的重视。
热电材料是一种能够转化热能为电能或者电能为热能的材料，其在能源转换、温度测量、温控等领域中具有广泛的应用前景。
本文将从热电材料的基本原理、材料性能及其应用等方面进行探析。
一、热电材料的基本原理热电材料的热电效应是指在温度差的作用下，该材料内部自然产生电场和电流的现象，这种现象也称为“塞贝克效应”（Seebeck effect）。
热电材料的热电特性由该材料的温度、电导率、热导率和塞贝克系数（Seeback coefficient）等因素决定。
塞贝克系数是热电材料的一项重要参量，其定义为材料单位梯度温度下的电场强度和温差的比例，常用单位为μV/K。
热电材料的塞贝克系数高低直接影响到材料的转换效率。
通常情况下，热电材料的塞贝克系数越大，其转换效率就越高。
二、热电材料的性能研究由于热电材料的特殊性质，其性能研究是热电器件开发的前提。
目前对于热电材料的性能研究主要集中在以下几个方面：1.材料的制备材料制备是热电材料性能研究的关键。
现有的研究表明，热电材料的制备方法对其性能有着至关重要的影响。
目前常用的制备方法包括化学气相沉积、机械合金化、固相反应等。
化学气相沉积是制备高纯度、均匀性好的薄膜热电材料的有效方法，机械合金化则可制备多相复合材料的热电材料，固相反应则可制备多晶热电材料。
2.塞贝克系数的测量热电材料的塞贝克系数是热电转换的重要参量。
其准确测量是热电材料性能研究的关键。
目前，常用的塞贝克系数测量方法有常规差动温差法、自然循环法、反相法等。
不同的测量方法能够给出不同精度和范围的塞贝克系数值，因此需要按照具体应用要求选用不同的测量方法。
3.材料的微观结构和电子结构研究材料的微观结构和电子结构对热电材料的性能有着重要的影响。
现有的研究表明，通过材料的微观结构和电子结构的调控可以有效地提高热电材料的性能。
半导体器件中的热电效应分析
半导体器件中的热电效应分析热电效应是指当两个不同温度的接触点间存在一种电压差，即热电压，这一现象被称为热电效应。
而半导体器件中的热电效应，则是指在半导体材料中，由于温度差异而产生的电压现象。
在半导体器件中，热电效应主要由Seebeck效应和Peltier效应构成。
Seebeck效应是指当半导体材料的两个接点温度不同时，将产生一个由温度差异引起的电压现象。
而Peltier效应则是指当电流通过半导体材料时，会产生热量的变化。
这种热电效应在半导体器件中具有广泛的应用。
首先，它可以用于能量转换。
通过将热能转化为电能，热电材料可以用来制造热电发电机，从而实现能量的捕获和利用。
其次，热电效应还可以用于温度测量。
通过测量半导体器件两个接点之间的电压差，可以推测出所测物体的温度。
此外，热电效应还被广泛用于冷却和制冷技术。
通过利用Peltier效应，在半导体材料中产生热流的变化，可以实现对物体的冷却或制冷。
这种技术在电子器件中的应用十分重要，能够帮助维持器件的工作温度，提高其性能和寿命。
然而，半导体器件中的热电效应也存在一些挑战和问题。
首先，热电材料的效率问题是一个关键的挑战。
热电效应的效率通常由热电转换效率来衡量，而目前大多数热电材料的效率较低，远远不能满足实际应用需求。
因此，提高热电材料的效率是当前研究的重点之一。
其次，热电效应还受到热电子迁移效应的限制。
由于热电材料中电子的迁移速率有限，导致热电效应的响应时间较长。
为了克服这一问题，需要在热电材料设计和制备过程中充分考虑电子迁移效应的影响。
此外，半导体材料的热稳定性也是一个重要的问题。
由于热电效应的产生需要半导体材料的电子能带结构发生变化，如果材料在高温下发生相变或失去稳定性，将会影响热电效应的产生和稳定性。
为了解决上述问题，研究人员们正在不断探索新的热电材料和热电器件的设计。
一方面，他们通过调节材料的组分和结构，以及通过材料的纳米化处理等手段，提高材料的热电转换效率。
半导体陶瓷的热电性能与热电器件应用
半导体陶瓷的热电性能与热电器件应用半导体陶瓷是一类具有半导体特性和陶瓷结构的材料，具有优良的热电性能。
热电性能是指材料在温度差下产生的热电势和电流之间的关系，也称为热电效应。
热电器件是利用热电效应将热能转化为电能或将电能转化为热能的设备。
本文将介绍半导体陶瓷的热电性能以及其在热电器件中的应用。
半导体陶瓷具有良好的热电性能是由于其特殊的电子结构和晶体结构。
在半导体陶瓷中，电子能带结构使得材料中的电子具有特殊的能量分布。
通过加热或施加温度梯度，材料内部会产生电子迁移和扩散，从而产生热电势差和电流。
半导体陶瓷的导电性和隔热性使得其在温度梯度下产生的热电势差较大，因此具有较高的热电转换效率。
半导体陶瓷的热电性能可以通过材料的热电参数来描述。
热电参数是指材料在特定温度下的热电势差和电导率。
热电势差是指单位温度差下的电势差，通常用热电势系数（也称为Seebeck系数）来表示。
电导率是指材料中的电流密度和电场强度之间的关系，它决定了材料对电流的导电能力。
热电参数的大小往往决定了半导体陶瓷的热电转换效率。
目前，人们通过合适的掺杂和制备工艺来改善材料的热电参数，以提高热电器件的效率。
半导体陶瓷的热电器件广泛应用于能量转换和热管理领域。
在能量转换方面，半导体陶瓷可以将废热转化为电能。
废热是指在工业生产、汽车运作和电子设备使用过程中产生的热能，如果不进行有效的回收利用，将会造成能源的浪费和环境的污染。
通过将半导体陶瓷制成热电器件，可以将废热中的热能转化为电能，从而提高能源利用效率。
热电汽车座椅、热电功率发生器和热电太阳能装置等都是典型的利用半导体陶瓷热电器件进行能量转换的应用。
在热管理领域，半导体陶瓷的热电器件可以实现热能的调控和传输。
随着电子器件的迅速发展，电子器件的紧凑化和集成化导致高功率器件的热问题日益突出。
半导体陶瓷热电器件可以通过调控温度梯度实现对热的引导和散热，从而实现对电子器件的热管理。
热电散热片、热通道结构和热电冷却模块都是利用半导体陶瓷热电器件进行热管理的典型应用。
新型热电材料的研究和应用
新型热电材料的研究和应用热电效应是指在一定温度梯度下，导电材料会产生电势差。
这种效应被称为“热电效应”或“Seebeck效应”。
对于逆转效应，应用电场可以引导到热流。
这类热电材料可以将废热转换成电能，本文将讨论新型热电材料的研究和应用。
一、新型热电材料的研究1.氧化物热电材料包括具有钙钛矿结构的多种氧化物，如LaAlO3, Ca3Co4O9等。
在这类材料中，离子与电子的能量势阱的耦合效果使得这些材料在高温下表现出极高的热电性能，其ZT值（材料热电性能综合指标）已超过1.5。
2.半导体热电材料对于N型和P型半导体材料，热电效应与载流子（电子或空穴）的性质有关。
在半导体材料中添加适当掺杂物将产生明显的热电效应，且在常温下仍可以产生有效的热电效应。
3.有机热电材料尽管有机材料的热电性能低于无机材料，但由于其生产成本低，制备工艺简单，适用于制作大规模、柔性的热电材料。
例如，通过化学修饰和选择合适的基底材料制备柔性材料。
4.复合材料复合热电材料具有明显的协同效应，同时实现高热电性能和良好的力学性能。
基于工程塑料和高导电掺杂物的复合材料，有望实现热电材料的大规模生产。
二、新型热电材料的应用1. 特种锂电池热电材料可以制成发电机或者热电堆，将废热转换为电能，应用在汽车、飞机等交通工具产生的废热回收。
例如，品牌机械领先企业德国Bosch公司正在推进热电材料的应用。
2. 非接触式传感器热电效应可以被用于制备非接触式传感器，例如能够检测人体温度、环境温度、设备运转状态、电子器件功率参数等。
此外，还可以将热电材料和压电材料相结合制备压力、体积、形状等方向敏感的传感器。
3. 温差发电热电效应可以直接转换热量为电能。
在温差变化的环境中，热电材料可以收集废电源的能量。
此外，还可以由低性能的动力设备（蒸汽机、发电机）制备温差发电器。
4. 新型热电材料模块的理论设计新型热电材料在理论上可以利用化学元素计算机辅助设计模块能够自主设计、高通量的制备和测试新体系的材料性质。
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半导体的热电效应及热电材料研究与应用This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020半导体的热电效应及热电材料研究与应用摘要：据半导体热电效应以及制冷原理进行了分析，并分析了提高半导体热电材料热电优值的方法介绍了当今国内外半导体热电材料研究和热电材料制冷方面的应用。
关键词：热电效应；半导体热电材料；塞贝克系数；电导率；热导率；热电优值，半导体制冷；正文:一．热电效应把热能转换为电能的所谓热电效应的发现已有一个半世纪的历史，这是与温度梯度的存在有关的现象，其中最重要的是温差电现象。
但是，由于金属的温差电动势很小，只是在用作测量温度的温差电偶方面得到了应用。
半导体出现后，发现它能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转换上，可以有较高的效率，因此，在温差发电、温差致冷方面获得了发展。
由于温度梯度及电流同时存在时引起的一些现象——主要是塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。
（1）塞贝克效应塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。
在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。
塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。
半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。
产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。
例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。
自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（Seebeck系数为负），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（Seebeck系数为正），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。
可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。
实际上，影响Seebeck效应的因素还有两个：第一个因素是载流子的能量和速度。
因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强Seebeck效应。
第二个因素是声子。
因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强Seebeck效应。
半导体的Seebeck效应较显着。
一般，半导体的Seebeck系数为数百mV/K，这要比金属的高得多。
利用塞贝克效应，可制成温差电偶（thermocouple，即热电偶）来测量温度。
只要选用适当的金属作热电偶材料，就可轻易测量到从－180℃到＋2000℃的温度，如此宽泛的测量范围，令酒精或水银温度计望尘莫及。
现在，通过采用铂和铂合金制作的热电偶温度计，甚至可以测量高达＋2800℃的温度！（2）珀尔帖效应两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。
这就是珀尔帖效应（PeltierEffect）。
帕尔帖效应也称作热电第二效应。
对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。
由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。
能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。
所以，半导体电子制冷的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。
纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。
半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。
经过多次实验，科学家发现：P型半导体（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半导体 (Bi2Te3-Bi2Se3)的热电势差最大，应用中能够在冷接点处表现出明显制冷效果。
电子冰箱简单结构为：将P型半导体，N型半导体，以及铜板，铜导线连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由 12V直流电供电，接通电流后，一个接点变冷（冰箱内部），另一个接头散热（冰箱后面散热器）。
帕尔帖效应发现100多年来并未获得实际应用，因为金属半TEC套件导体的珀尔帖效应很弱。
直到上世纪90年代，原苏联科学家约飞的研究表明，以碲化铋为基的化合物是最好的热电半导体材料，从而出现了实用的半导体电子致冷元件——热电致冷器（ThermoElectriccooling，简称TEC）。
与风冷和水冷相比，半导体致冷片具有以下优势：（1）可以把温度降至室温以下；（2）精确温控（使用闭环温控电路，精度可达±℃）；（3）高可靠性（致冷组件为固体器件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低）；（4）没有工作噪音。
（3）汤姆逊效应1856年，汤姆逊利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和帕尔帖效应进行了全面分析，并将本来互不相干的塞贝克系数和帕尔帖系数之间建立了联系。
汤姆逊认为，在绝对零度时，帕尔帖系数与塞贝克系数之间存在简单的倍数关系。
在此基础上，他又从理论上预言了一种新的温差电效应，即当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。
或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。
这一现象后叫汤姆孙效应（Thomsoneffect），成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应（thermoelectric effect）。
汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。
像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便形成一个电势差。
这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止。
汤姆逊效应因为产生的电压极其微弱，至今尚未发现实际应用。
（燃气灶中熄火保护方式---热电式：该装置也是利用了燃气燃烧时产生的热能。
热电式熄火安全保护装置由热电偶和电磁阀两部分所组成，热电偶是由两种不同的合金材料组合而成。
不同的合金材料在温度的作用下会产生不同的热电势，热电偶正是利用不同合金材料在温度的作用下产生的热电势不同制造而成，它利用了不同合金材料的电热差值。
）汤姆逊效应是导体两端有温差时产生电势的现象，帕尔帖效应是带电导体的两端产生温差（其中的一端产生热量，另一端吸收热量）的现象，两者结合起来就构成了塞贝克效应。
二．制冷原理对于半导体热电偶，珀尔帖现象特别显着。
当电流方向由P—N时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子相向向接头处运动。
在接头处，N型半导体导带内的自由电子将通过接触面进入P型半导体的导带。
这时自由电子的运动方向是与接触电位差一致的，这相当于金属热电偶冷端的情况，当自由电子通过接头时将吸收热量。
但是，进入P 型半导体导带的自由电子立刻与满带中的空穴复合，它们的能量转变为热量从接头处放出。
由于这部分能量大大超过它们为了克服接触电位差所吸收的能量，抵消一部分之后还是呈现放热。
同样，P型半导体满带中的空穴将通过接触面进入N型半导体的满带，也同样要克服接触电位差而吸热。
由于进入N型半导体满带的空穴立刻与导带中的自由电子复合，它们的能量变为热量从接头处放出，这部分热量也大大超过克服接触电位差所吸收的能量，一部分抵消后还是放热，其结果，接头处温度升高而成为热端，并要向外界放热。
当电流方向是由N—P时(图1)，P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子作离开接头的背向运动。
在接头处，P型半导体满带中的电子跃入导带成为自由电子，在满带中留下一个空穴，即产生电子一空穴对。
而新生的自由电子立刻通过。
接触面进入N型半导体的导带，这时自由电子的运动方向是与接触电位差相反的，这相当于金属热电偶热端的情况，电子通过接头处时放出能量。
但是，产生电子一空穴对时所吸收的能量大大超过了它们通过接头时放出的能量。
同样，N型半导体也产生电子一空穴对，新生的空穴也立刻通过接触面进入P型半导体的满带，产生电子一空穴对时所吸收的能量也大大超过了它们通过接头时所放出的能量。
总的结果使接头处的温度下降而成为冷端，并要从外界吸热，即产生制冷效果。
我们把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。
在上面的一个接头处，电流方向是由N—P，温度下降并吸热，这是冷端。
而在下面的一个接头处，电流方向是由卜N，温度上升并且放热，因此是热端。
按(图2)把若干对半导体热电偶在电路上串联起来，而在传热方面则是并联的，这就构成了一个常见的制冷热电堆。
这个热电堆的上面是冷端，下面是热端。
借助热交换器等各种传热手段，使热电的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是热电制冷器的工作原理。
三．提高半导体热电材料热电优值的方法材料的热电性能一般用热电灵敏值(又译为热电优值) Z来描述: Z =S2σ/k。
其中, S 为Seebeck 系数, 又称热电系数, σ为电导率, k 为导热系数。
因为不同环境温度下材料的热电灵敏值不同, 因此, 人们常用热电系数与温度之积ZT这一无量纲量来描述材料的热电性能(T是材料的平均温度) 。
实际上, 大多数金属及半导体材料都具有程度不同的热电性能, 但具有较高的Z 或ZT 值适用于热电换能器的材料却较少，一般情况下,金属材料Seebeck 系数较低,只适于热电测量,某些半导体材料,特别是合金半导体材料具有较高的Seebeck 系数, 是热电换能器的首选材料。
所以,最大限度地提高材料的热电灵敏值即提高材料的热电转换效率是热电材料发展的方向, 就目前, 提高热电材料的热电灵敏值主要有以下几种途径。
（1）增加材料的塞贝克系数材料的塞贝克系数主要由费米能级附近的电子结构决定，高的晶体对称性和费米能级附近具有尽可能多的能谷，以及大的有效质量都会导致较大的S值。
固体能带理论研究表明，材料的泽贝克系数由费米能级附近的电子能态密度及迁移率随能量的变化来决定。
所以，增加材料的塞贝克系数主要有两种物理方法。
一是在费米能级附近引入一个局域化的尖峰，可能显着增加电子能态密度随能量变化的斜率；第二种增加塞贝克系数的方法是改变载流子的散射机制，从而改变迁移率随能量的依赖关系。