基于熱電模塊實(shí)驗(yàn)的低溫下塞貝克系數(shù)的測(cè)量

劉智博 李佳美 王世學(xué) 朱 禹

(天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 天津 300350)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，能源需求逐年遞增。天然氣作為目前最清潔的化石燃料之一，是傳統(tǒng)能源與未來(lái)可再生能源間的最佳過渡能源[1]。液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)是長(zhǎng)途(距離≥2 000 km)運(yùn)輸天然氣的最佳方式[2]。-162 ℃的LNG運(yùn)抵氣化站后，需經(jīng)再氣化才能輸送給終端用戶，再氣化過程中LNG釋放的冷能約為830 kJ/kg[3]?？紤]LNG巨大的消耗量，若該部分冷能未被合理利用，將造成巨大浪費(fèi)。為此，人們開發(fā)了多種LNG冷能的利用方式。

LNG冷能的利用方式有發(fā)電、空氣分離、海水淡化等。其中，考慮到LNG氣化站地理位置以及經(jīng)濟(jì)效益等因素，發(fā)電是回收LNG冷能的最常見方式之一[3]。傳統(tǒng)LNG冷能發(fā)電方式是熱力循環(huán)發(fā)電，但熱力循環(huán)發(fā)電需要構(gòu)建復(fù)雜的系統(tǒng)，且需要保持相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行工況，不能靈活應(yīng)對(duì)天然氣供給的波動(dòng)[4]。熱電發(fā)電器(thermoelectric generator，TEG)基于半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)發(fā)電，具有無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。同時(shí)，TEG僅需冷熱端存在溫差即可發(fā)電，可以靈活應(yīng)對(duì)天然氣供給的波動(dòng)。因此，將TEG應(yīng)用于LNG冷能發(fā)電逐漸受到人們的關(guān)注。

TEG主要由兩端連接的兩種不同熱電材料組成：n型(帶有負(fù)電荷載流子)和p型(帶有正電荷載流子)半導(dǎo)體。通過在p、n型材料連接處施加溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小主要由熱電材料的塞貝克系數(shù)(α)決定[5]。α是決定TEG發(fā)電性能最重要的參數(shù)之一[6]，且對(duì)溫度十分敏感，溫度每下降30 K，Bi-Te-Sb-Se類熱電材料的α減小約16%[7]。因此，將TEG應(yīng)用于LNG冷能發(fā)電設(shè)計(jì)時(shí)，TEG中熱電材料在低溫下的α是必須的。

目前，一般商用TEG主要針對(duì)中高溫余熱的回收，缺乏專門針對(duì)低溫冷能回收的TEG。因此，需要獲得一般商用TEG中的熱電材料在低溫下的α，以評(píng)估已有TEG在低溫下的性能并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了對(duì)已有TEG中的熱電材料進(jìn)行快速測(cè)量和篩選，需要開發(fā)一種基于TEG完整模塊的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，根據(jù)該方法即可獲取低溫下該模塊所用熱電材料的α。

對(duì)于α的測(cè)量，已有學(xué)者對(duì)不同溫度、不同材料進(jìn)行了研究。Zhou Zhenhua等[8]將材料冷熱端溫差控制在1～8 K，直接測(cè)量了200～1 000 K溫度范圍內(nèi)Co(As0.016Sb0.984)3的α，發(fā)現(xiàn)溫度從200 K增至400 K時(shí)α從200 μV/K 增至350 μV/K。H. Werheit等[9]設(shè)計(jì)一種新的測(cè)量方法，可以有效降低系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量熱電材料α的影響，并測(cè)得半導(dǎo)體材料YB66在100～700 K時(shí)，α隨溫度的升高而先增加后減小，在250 K時(shí)存在最大值約為900 μV/K。P. H. M. B?ttger等[5]設(shè)計(jì)了一種穩(wěn)態(tài)法測(cè)量大塊樣品的α和電阻率的通用儀器，得到ZnSb在溫度由300 K升至450 K時(shí)α由360 μV/K增至370 μV/K，溫度由450 K升至600 K時(shí)α由370 μV/K降至280 μV/K。Li Chunxiu等[10]采用經(jīng)典的微分法測(cè)量了Bi2Te3材料的α，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在273～573 K溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，p型材料α先增大后減小，并在473 K存在最大值約為1.680 2×10-4V/K，n型材料α先減小后增大，在473 K時(shí)存在最小值約為-1.667 9×10-4V/K。J. De Boor等[11]開發(fā)了一種測(cè)量300～1 000 K熱電材料α的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度從300 K升至1 000 K時(shí)，半導(dǎo)體材料Cu54Ni44Mn1的α逐漸由137 μV/K增至260 μV/K。已有研究指出，溫度由300 K升至350 K時(shí)熱電材料Bi2Te3的α由225 μV/K增至240 μV/K[12]，而當(dāng)溫度降至90 K時(shí)，α降至65 μV/K[7]。

上述研究表明，熱電材料的α具有強(qiáng)溫度依存性，且目前研究多是對(duì)熱電材料的測(cè)量，缺少對(duì)TEG模塊的直接測(cè)量方法。在實(shí)際應(yīng)用中，TEG模塊的制作成本高昂，破壞模塊再對(duì)熱電材料進(jìn)行測(cè)量的代價(jià)過大。因此對(duì)于結(jié)構(gòu)完整的TEG模塊，給出相應(yīng)的α直接測(cè)量方法是簡(jiǎn)潔而實(shí)用的。C.T.Hsu等[13]借助熱阻網(wǎng)絡(luò)分析了陶瓷、銅導(dǎo)流片等熱阻，未分析接觸熱阻，測(cè)量得到以Bi2Te3為主體熱電材料的TEG模塊熱端溫度300～370 K，冷熱端溫差控制在20 K時(shí)的α，隨著熱端溫度由300 K增至370 K，α由327 μV/K降至286 μV/K。張文[14]設(shè)計(jì)搭建了一款能夠測(cè)試TEG物性的裝置，測(cè)量了363～403 K溫度范圍內(nèi)一款TEG模塊(內(nèi)含199對(duì)pn結(jié))的α，發(fā)現(xiàn)隨溫度升高α由0.057 V/K增至0.057 5 V/K，變化幅度較小。S. Karabetoglu等[15]研究了基于Bi2Te3的TEG模塊在100～375 K溫度范圍內(nèi)的低溫特性，發(fā)現(xiàn)隨著溫度由100 K升至400 K，Bi2Te3的α由86.25 μV/K增至380 μV/K。上述測(cè)量雖然是基于TEG模塊進(jìn)行的，但均未考慮接觸熱阻的存在使pn結(jié)冷熱端溫差的測(cè)量值大于實(shí)際值，進(jìn)而導(dǎo)致所測(cè)α偏小的影響。

可以看出，已有研究大部分是對(duì)熱電材料直接測(cè)量α，針對(duì)TEG模塊測(cè)量來(lái)得到α的研究較少。少量的針對(duì)TEG模塊的測(cè)量方法也并未考慮接觸熱阻的影響。Wang Shixue等[16]研究指出，在0.2 MPa加載壓力下和80 ℃平均溫度時(shí)，TEG與冷熱源壁面間的接觸熱阻值達(dá)到9.4×10-4m2·K/W，熱電模塊各部分總熱阻為15.7×10-4m2·K/W，可知接觸熱阻在TEG模塊的熱量傳遞過程中影響顯著。由于低溫下熱電模塊中pn結(jié)材料、陶瓷基板、界面材料的熱阻和接觸熱阻的具體變化不明確，難以準(zhǔn)確給出pn結(jié)冷熱端溫差。故本文借助熱阻網(wǎng)絡(luò)分析給出了一種測(cè)量低溫下TEG各部分熱阻(pn結(jié)、陶瓷基板、界面材料和接觸熱阻等)的方法，并結(jié)合開路電壓的測(cè)量，獲得商用TEG模塊中熱電材料低溫下的α。該方法可為現(xiàn)有TEG用于低溫冷能發(fā)電的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供支持。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

設(shè)計(jì)并搭建了如圖1所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由液氮罐、供電段、測(cè)量?jī)x器段、實(shí)驗(yàn)段組成。液氮罐為實(shí)驗(yàn)段提供了冷源——液氮；供電段中的調(diào)壓器為TEG冷熱端加熱器提供可變加熱功率，以便調(diào)節(jié)熱電模塊冷熱端的溫度，直流電源為壓力傳感器提供電壓；測(cè)量?jī)x器段主要包括用于采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儀、電腦、萬(wàn)用表以及電子負(fù)載。實(shí)驗(yàn)段部分如圖2所示，主要由冷端部件、被測(cè)樣品、熱端部件以及保溫層組成。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Experimental system

圖2 實(shí)驗(yàn)段Fig.2 Experimental section

冷端部件主要由冷端換熱器、冷端加熱器和冷端不銹鋼塊組成。其中，冷端換熱器中盛放液氮作為冷源；冷端加熱器由3根額定功率為100 W的加熱棒組成，插在冷端換熱器底部梯形銅塊上的3個(gè)直徑為4 mm的通孔中，用來(lái)調(diào)節(jié)冷端溫度；冷端不銹鋼塊緊貼在冷端換熱器下表面，不銹鋼塊軸線由下而上等距(5 mm)布置5個(gè)直徑0.6 mm、深28 mm的測(cè)溫孔，利用直徑為0.5 mm、精度為±0.1 K的T型熱電偶測(cè)量不銹鋼塊軸向的溫度分布。

熱端部件主要由熱端不銹鋼塊、梯形銅塊、熱端加熱器、硅酸鋁保溫板、聚四氟乙烯保溫板和輪輻式壓力傳感器組成。其中，緊貼在樣品下表面的是熱端不銹鋼塊，尺寸和作用與冷端不銹鋼塊相同。再下方是起熱量匯聚作用的梯形銅塊。銅塊下方是400 W鋁制加熱器(100 mm×100 mm×20 mm)，通過調(diào)壓器控制加熱功率來(lái)改變熱側(cè)溫度。輪輻式壓力傳感器與壓力加載用不銹鋼圓盤靠螺紋相連后緊貼在聚四氟乙烯板下方。

為盡量減少冷量散失，選用平均厚度達(dá)到70 mm的聚氨酯保溫層(0.024 W/(m·K))，同時(shí)聚氨酯與實(shí)驗(yàn)段間的縫隙由10 mm厚的氣凝膠(0.018 W/(m·K))來(lái)填充。

實(shí)驗(yàn)用測(cè)量?jī)x器及其型號(hào)、精度和量程等參數(shù)如表1所示。

表1 測(cè)量設(shè)備的型號(hào)、量程和誤差Tab.1 The range and error of measuring equipments

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

塞貝克系數(shù)計(jì)算式：

(1)

式中：α為塞貝克系數(shù)，μV/K；Voc為開路電壓，μV；N為熱電模塊中pn對(duì)數(shù)量；Thot,pn為pn結(jié)的熱端溫度，K；Tcold,pn為pn結(jié)的冷端溫度，K。

1.2.1Thot,pn和Tcold,pn的計(jì)算

為得到Tcold,pn和Thot,pn，對(duì)單個(gè)pn結(jié)進(jìn)行了熱阻網(wǎng)絡(luò)分析，如圖3所示。其中，不同于中高溫實(shí)驗(yàn)中采用導(dǎo)熱硅脂作為界面材料來(lái)減小接觸熱阻影響，本文選用0.5 mm石墨作為低溫下的界面材料。圖3(a)為實(shí)驗(yàn)段中TEG模塊和冷熱端不銹鋼塊局部示意圖；對(duì)單個(gè)pn結(jié)放大得到圖3(b)，由上至下依次為石墨、陶瓷、銅導(dǎo)流片以及pn結(jié)；將圖3(b)進(jìn)行熱阻分析得到圖3(c)；圖3(d)則為對(duì)熱阻網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化。

圖3(c)中，由上至下，Rc,G-SS為石墨片和不銹鋼之間的接觸熱阻；Rgraphite為石墨片熱阻；Rc,G-C為石墨片和陶瓷之間的接觸熱阻；Rceramic為陶瓷熱阻；Rc,Cu-C為銅導(dǎo)流片和陶瓷間的接觸熱阻；RCu為銅導(dǎo)流片熱阻；Rc,Cu-pn為銅導(dǎo)流片和pn結(jié)間的接觸熱阻；Rp、Rn為pn結(jié)熱阻。所有熱阻單位均為m2·K/W。

考慮到導(dǎo)流片和陶瓷間有導(dǎo)熱膠填充、導(dǎo)流片與pn結(jié)間有焊料填充，Rc,Cu-C和Rc,Cu-pn比Rc,G-C小很多[16-17]，故忽略了Rc,Cu-C和Rc,Cu-pn。同時(shí)，RCu遠(yuǎn)小于Rp、Rn，為簡(jiǎn)化計(jì)算，將它們忽略。以往研究表明[18]，相同條件下，氧化鋁陶瓷表面與不銹鋼表面相近，可認(rèn)為Rc,G-SS和Rc,G-C相同，均為Rc，本實(shí)驗(yàn)中pn結(jié)冷熱端溫差又足夠小，故冷熱端情況相同。為便于實(shí)驗(yàn)與計(jì)算，分別將pn結(jié)冷熱端熱阻(包括Rc、Rgraphite、Rceramic三部分)進(jìn)行合并，得到整體熱阻Rsum，如圖3(d)所示。

圖3 單個(gè)pn結(jié)熱阻網(wǎng)絡(luò)圖Fig.3 Thermal resistance network diagram of single pn junction

根據(jù)簡(jiǎn)化熱阻網(wǎng)絡(luò)分析可知，Thot,pn和Tcold,pn計(jì)算式如下：

Thot,pn=Thot,ss-qhotRsum

(2)

Tcold,pn=Tcold,ss+qcoldRsum

(3)

式中：Thot,ss為熱端不銹鋼上表面溫度，K；Tcold,ss為冷端不銹鋼下表面溫度，K，二者均可根據(jù)測(cè)溫點(diǎn)的溫度擬合給出；qhot、qcold分別為根據(jù)冷熱端不銹鋼測(cè)溫點(diǎn)溫度計(jì)算得到的熱側(cè)和冷側(cè)的熱流密度，W/m2；Rsum為pn結(jié)冷熱端整體熱阻，m2·K/W。各部分計(jì)算式如下：

(4)

(5)

qhot=khotλss

(6)

qcold=kcoldλss

(7)

Rsum=Rceramic+2Rc+Rgraphite

(8)

式中：T5、T6分別為測(cè)溫點(diǎn)5、6的溫度，K；位置如圖3(a)所示；δ為5、6測(cè)溫點(diǎn)到最近的不銹鋼塊表面的距離，δ=2 mm；khot、kcold分別為將熱端和冷端測(cè)溫點(diǎn)溫度值線性擬合得到的斜率；λss為被測(cè)溫度范圍內(nèi)的不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

1.2.2Rsum的測(cè)量

為得到式(8)中Rsum，首先進(jìn)行pn結(jié)冷熱端熱阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，原理如圖4所示。

圖4 熱阻測(cè)量原理Fig.4 Thermal resistance measurement principle

將n層石墨片和陶瓷片組合體放置在冷熱源之間，則總熱阻為：

(9)

(10)

則由式(9)和式(10)得到Rsum計(jì)算公式：

Rsum=|Rm,tot-Rn,tot|/|m-n|

(11)

以n層樣品為例，樣品總熱阻計(jì)算式如下：

(12)

流經(jīng)n層樣品的平均熱流密度qave(W/m2)，可由式(13)得到，qhot、qcold可根據(jù)式(6)、式(7)得到。

qave=(qhot+qcold)/2

(13)

1.3 誤差分析

實(shí)驗(yàn)中各測(cè)量?jī)x器的精度如表1所示，熱流密度和塞貝克系數(shù)的相對(duì)誤差計(jì)算公式為：

(14)

(15)

式中：σ表示各參數(shù)測(cè)量值的最大絕對(duì)誤差；Tx、Ty分別為任意兩測(cè)溫點(diǎn)的溫度，K；d為兩測(cè)溫點(diǎn)距離，mm。計(jì)算得到熱流密度最大相對(duì)誤差為8.85%，α的最大相對(duì)誤差為3.84%。

1.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可靠性

為檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的可靠性，進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖5所示。相同工況下，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差在5%范圍內(nèi)。

圖5 低溫下重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Reproducible experimental results at cryogenic temperature

為進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可靠性，采用本實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)熱電模塊在中高溫溫度范圍內(nèi)的性能進(jìn)行了測(cè)量，得到熱電模塊在中高溫范圍內(nèi)的開路電壓Voc。其中，對(duì)中高溫范圍內(nèi)TEG應(yīng)用的研究發(fā)現(xiàn)，加載壓力選定為0.1～0.4 MPa[19]，因此，本文選定該范圍內(nèi)的壓力作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的加載壓力。實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與廠家提供的開路電壓的對(duì)比如圖6所示，結(jié)果表明測(cè)量值與廠家提供的數(shù)據(jù)基本一致，最大偏差小于5%。

圖6 常溫下驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Confirmatory experimental results at room temperature

2 結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)中為得到熱電材料低溫下塞貝克系數(shù)，對(duì)一款被廣泛應(yīng)用的TEG模塊(TEHP1-12656-0.3，Thermonamic)進(jìn)行了測(cè)量。該型號(hào)TEG模塊以Bi2Te3固溶體合金為主體熱電材料，Bi2Te3化合物及其固溶體合金是研究最早也是最成熟的適用于常溫區(qū)間的熱電材料。TEG模塊結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖中：La、Wa和Ha分別為陶瓷板的長(zhǎng)度、寬度和高度，mm；Lb、Wb和Hb分別為銅導(dǎo)流片的長(zhǎng)度、寬度和高度，mm；Lc、Wc和Hc分別為pn結(jié)的長(zhǎng)度、寬度和高度，mm。各部分詳細(xì)參數(shù)如表2所示，該TEG模塊包含126對(duì)pn結(jié)。

圖7 熱電模塊結(jié)構(gòu)Fig.7 Thermoelectric module structure

表2 熱電模塊材料尺寸參數(shù)Tab.2 Thermoelectric module material geometric dimension parameters

2.1 加載壓力的確定

加載壓力是決定接觸熱阻的主要因素，因此本文首先研究了加載壓力一定時(shí)，界面溫度隨加載壓力的變化。加載壓力對(duì)溫差的影響如圖8所示。由圖8可知，隨著加載壓力增加，冷熱端不銹鋼塊的界面溫差逐漸減小，且在加載壓力升至1.6 MPa以后，界面溫差基本保持在約10 K不變。這說(shuō)明在1.6 MPa以后，加載壓力對(duì)于接觸熱阻的影響逐漸減弱。因此本實(shí)驗(yàn)選定1.6 MPa作為實(shí)驗(yàn)的加載壓力，即模塊測(cè)量和熱阻測(cè)量均在該壓力下進(jìn)行。

圖8 加載壓力對(duì)溫差的影響Fig.8 Effect of loading pressure on temperature difference

2.2 塞貝克系數(shù)的測(cè)量

為了計(jì)算熱電模塊塞貝克系數(shù)，首先進(jìn)行了整體熱阻的測(cè)量，并使相關(guān)測(cè)量條件(0.5 mm石墨片、1.6 MPa壓力、溫度區(qū)間等)與熱電模塊測(cè)量時(shí)相同，結(jié)果如圖9所示。整體熱阻Rsum隨溫度的升高而降低，Rsum在93 K時(shí)存在最大值4.2×10-4m2·K/W，在180 K時(shí)存在最小值1.7×10-4m2·K/W。由于在90～180 K溫度范圍內(nèi)，壓力和界面材料一定時(shí)，隨溫度升高，石墨片、陶瓷和不銹鋼的硬度發(fā)生變化，各界面間不連續(xù)的點(diǎn)接觸面積增大，接觸熱阻Rc減小。已有研究表明，在90～180 K溫度范圍內(nèi)，Rgraphite隨溫度變化較小[20]，Rceramic隨溫度升高而增大[21]，整體熱阻Rsum隨溫度升高而減小主要受Rc的影響。由此可知，低溫下接觸熱阻對(duì)整體熱阻的影響較大。

圖9 整體熱阻測(cè)量結(jié)果Fig.9 Overall thermal resistance measurement results

根據(jù)Thot,pn和Tcold,pn的計(jì)算式，將各溫度下整體熱阻代入其中，得到各溫度區(qū)間下pn結(jié)上的冷熱端溫度，結(jié)果如圖10所示。pn結(jié)冷熱端溫差基本均為4～6 K左右，冷熱端不銹鋼表面間的溫差則高達(dá)7～11 K，差異約為50%。這表明整體熱阻對(duì)于α的測(cè)量有很大影響，必須予以考慮。

圖10 pn結(jié)冷熱端溫度測(cè)量結(jié)果Fig.10 Temperature measurement results of the hot and cold side of the pn junction

測(cè)得開路電壓Voc和pn結(jié)冷熱端溫差后，由式(1)可得低溫下熱電材料塞貝克系數(shù)隨溫度的變化，如圖11所示。當(dāng)溫度由180 K降至90 K時(shí)，α由124.6 μV/K降至49.3 μV/K。由此可知，溫度的降低將導(dǎo)致α的銳減，這也印證了半導(dǎo)體材料發(fā)電性能對(duì)溫度的強(qiáng)依賴性。

圖11 常溫與低溫區(qū)間內(nèi)熱電模塊塞貝克系數(shù)對(duì)比Fig.11 Comparison of Seebeck coefficients of thermoelectric modules between room temperature and low temperature

此外，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的中高溫下TEG模塊的α也表示于圖11中。可知TEG模塊的α在低溫區(qū)間與常溫區(qū)間內(nèi)均隨溫度的升高而增大，但低溫區(qū)間內(nèi)的數(shù)值遠(yuǎn)小于常溫下的數(shù)值。常溫區(qū)間內(nèi)模塊的α可達(dá)200～300 μV/K，低溫區(qū)間內(nèi)的α僅為49.3～124.6 μV/K。由此可知，不同溫度范圍內(nèi)α差異較大，當(dāng)熱電模塊在低溫區(qū)間內(nèi)使用時(shí)，不能直接將常溫下的α用于低溫下TEG的設(shè)計(jì)中，而需要使用低溫下熱電模塊的α。

最后，為了便于工程上預(yù)測(cè)以n型和p型Bi2Te3固溶體合金為主體材料的TEG模塊在低溫下的發(fā)電性能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果給出了低溫條件下α關(guān)于溫度的函數(shù)關(guān)系式：

α=0.003 07T2+0.073 43T+14.439 9

(16)

3 結(jié)論

本文提出一種在低溫下測(cè)量完整TEG模塊中熱電材料的塞貝克系數(shù)的測(cè)量方法，即借助熱阻網(wǎng)絡(luò)分析得到TEG模塊中pn結(jié)冷熱端的精確溫差，再結(jié)合TEG的開路電壓，得到該模塊低溫下的塞貝克系數(shù)。并對(duì)廣泛應(yīng)用的以n型和p型Bi2Te3固溶體合金為主體材料的TEG模塊進(jìn)行了測(cè)量，得到結(jié)論如下：

1)測(cè)試結(jié)果表明常溫范圍內(nèi)TEG熱電材料塞貝克系數(shù)的測(cè)量值與廠家提供的參照值一致，證明提出的測(cè)試方法有效。

2)在90～180 K溫度范圍內(nèi)，以n型和p型Bi2Te3固溶體合金為主體材料的TEG模塊，其塞貝克系數(shù)隨溫度升高而增大，數(shù)值為49.3～124.6 μV/K，明顯低于該TEG模塊在中高溫范圍內(nèi)的塞貝克系數(shù)200～300 μV/K。