什麼是熱電優值

表示熱電材料轉換性能的無因次值 ZT = S²σT/κ。席貝克係數與電導率越高、熱導率越低，值越大。

日文名稱: 熱電性能指数

構成ZT的量

S 是席貝克係數，即每1 K溫差產生的電壓。σ 是電導率，κ 是熱導率，T 是絕對溫度。分子的 S²σ 稱為功率因子，是能從材料取出之電力大小的標準。分母的 κ 越小，越容易維持高溫側與低溫側的溫差。單位在 S²σT/κ 中互相抵消，ZT 成為無因次量。例如 S = 200 µV/K、σ = 1.0×10⁵ S/m、κ = 1.5 W/(m·K) 的材料，在300 K時 ZT = 0.8。

ZT與轉換效率

熱電發電的最大效率，表示為由高溫側與低溫側溫度決定的卡諾效率，乘以由 ZT 決定之係數的形式。ZT 越大，效率越接近卡諾效率，但即使 ZT = 1，效率也只有卡諾效率的2成左右（依溫度條件約為17〜24%）。室溫附近有 Bi₂Te₃ 系，中溫區有 PbTe 系與 Mg₂Si 系，高溫區有 SiGe 系、矽化物、氧化物等被研究與利用，ZT 高的材料依使用溫度區而不同。

難以提高ZT的理由

S、σ、κ 並非彼此獨立。提高載子濃度時 σ 增加但 S 下降，電子傳遞的熱導率也依 Wiedemann-Franz 定律增加。因此最佳的載子濃度落在10¹⁹〜10²⁰ cm⁻³ 左右的高濃度摻雜半導體範圍。所以人們設法盡量不妨礙電子傳導，只讓傳遞大部分熱的聲子在奈米結構界面、點缺陷或籠狀晶體中搖晃的原子（rattling）處散射，以降低晶格熱導率。

常見問題

金屬為什麼不適合作為熱電材料？

金屬的電導率高，但席貝克係數只有數 µV/K 而很小，電子造成的熱導率也大，因此 ZT 極小。熱電材料使用高濃度摻雜的半導體。

ZT會隨溫度改變嗎？

會。S、σ、κ 都與溫度相關，ZT 的式子本身也含有 T。每種材料都有 ZT 最大的溫度範圍，因此要配合使用溫度選擇材料。

帕爾帖冷卻也與 ZT 有關嗎？

有關。熱電冷卻（帕爾帖元件）的性能係數也是 ZT 越大越高，無論發電或冷卻，ZT 都是材料性能的指標。