1．塞贝克( Seeback)效应

    如图4 -1所示，如将两种不同的导体a和b（n-型和p-型半导体）串联组成  回路，并使接头1和接头2保持在不同的温度T1和T2（T1>T2），p-型半导体中的空穴和n-型半导体中的电子会分别向高低温端积累，这样在导体b的开路位置X和y之间就会有一个电势产生，这一效应称为温差电现象，即塞贝克效应。将由N、P两种类型不同的半导体热电材料经电导率较高的导流片串联，并在A、B两端建立温差，则在负载RL两端施加电压，即可制成有一定输出功率和输出电压的发电器，温差电动势与两个接头的温度和组成闭合回路的物质有关。在温度相差不大的范围内，温差电动势Eab与温差ΔT成正比，可表示为

Eab= αabΔT    (4-1)

  式中：αab为塞贝克系数，又称为材料对的温差电动势率，αab=dE/dT，单位为V/K。

    对普通材料来说，塞贝克系数较低，但对半导体而言，塞贝克系数较高，一般

情况下半导体温差发电器的温差电动势率为数百μV/K。所以，塞贝克效应在半导体材料中更加明显。随着半导体技术的发展，这一效应获得了更多的重视和应用。

    2．珀尔帖( Peltier)效应

与塞贝克效应相反的现象是珀尔帖效应，如图4 -2所示。在图4-1的x和y两端施加一个外加电压，在由a、b两种导体构成的回路中将会有电流，通过，同时将在a、b导体的接头1、2处分别出现吸热和放热现象。假设接头处的吸热（或放热）速率为Q，实验发现Q与回路中的电流，成正比，即

Q= πab I    (4-2)

式中：πab为比例常数，称为珀尔帖系数，其单位为W/A，也可以用电压的单位V表示。

    珀尔帖效应的微观物理本质源自载流子在构成回路的两种导体中的势能差异。当载流子从一种导体经接头处进入另一种导体时，需要在接头附近与晶格发生能量交换，也称为热振动，致使两接头分别出现吸热和放热现象，并产生ΔT的温差。

    3．汤姆逊( Thomson)效应

    以上两个效应都涉及由两种不同金属或半导体组成的回路，汤姆逊效应则是存在于单一均匀导体内的温差电现象，如图4 -3所示。如果流过一个匀流导体的电流为I，施加于电流方向上的温差ΔT=T1－T2，则在这段导体上的吸热或放热速率为

Q =βIΔT    (4-3)

式中：β为汤姆逊系数，其单位与塞贝克系数相同( V/K)。

    汤姆逊效应的起因与珀尔帖效应相似，但在汤姆逊效应中，载流子的能量差异是由温度梯度引起的。汤姆逊系数、塞贝克系数、珀尔帖系数间的关系式为

α= π/T    (4-4)

     (4 -5)

4.1.2温差发电原理

    温差发电的原理如图4 -4所示。它由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过导电性好的导流片串联而成，当热端加热时，使器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，形成温差发电器。一般商业热电器件含有18组-128组这样重复排列的热电单元，通过串联或并联来达到所需要的功率。温差发电是以塞贝克效应为基础的，它具有其他发电形式不可比拟的优点：安全可靠，使用寿命长，维护费用低，没有噪声；可以利用太阳能、放射性同位素辐射等热源；能适应任何特殊气候的地区使用。但它的不足之处就是造价偏高、效率较低。温差发电的主要应用包括三个方面：

    (1)利用低品位的热能发电，如利用城市处理垃圾热、工业余热、废热及汽车尾气热、地热、太阳能等来发电，充分利用能源，减少能源消耗和环境污染。

    (2)很有可能的应用领域在小功率方面，如各种传感电路、逻辑门和消错电路的μW、mW级电源，小的短程通信装置和生理学研究中的小型发电机等。

    (3)使用在一些特殊的场合，尤其在空间发电站中。目前，在卫星和其他空间飞行器中已有许多商业化的热电转换器投入正常运转，使用效果非常好。还可用于水下油管的阴极保护，偏远地区的自动天气预报站的电源配备等。