Abstract
現今之主流熱電裝置皆由稀有金屬材料製成，但稀有金屬的高昂價格與來源短缺是為熱電材料發展阻礙的主因。因此本研究以地殼存量第二多的矽與製作成本低廉的有機高分子作為基底熱電研究材料，分別配以性質相似的矽鍺接合減少熱傳導率，磁性附加缺陷的矽奈米線以提高電性，加入推拉電子基的有機導電高分子，進行不同的截面積生長方向、尺寸大小、排列方式的改變，達到熱電優值的提升。本研究希望透過人工摻雜方式，藉由改變熱電材料載子濃度，觀察導電率、席貝克係數和熱傳導率變化，以期能求得不同熱電晶片材料熱電優值的最大值。 熱電材料的轉換效率可由熱電優值(thermoelectric figure of merit, ZT)來決定，而在ZT值中包含了電子傳導率(electrical conductivity)、席貝克係數（Seebeck coefficient）和熱傳導率（thermal conductivity），藉由計算這些參數，將可知道熱電轉換效率的優劣。本研究從第一原理開始，使用密度泛函理論（density functional theory, DFT）為主要理論，配以Kohn-Sham方程式、平面波基底(plane wave basis)、贗勢(pseudopotential)及廣義梯度近似（generalized gradient approximation, GGA）方法，模擬計算出能帶結構(band structure)、能量態密度（density of state, DOS），再以密度泛函微擾理論(density functional perturbation theory, DFPT)計算出聲子頻散圖(phonon dispersion relation)、聲子態密度(phonon density of state)。得到以上之數據後，將能量態密度帶入一維波茲曼傳輸方程式(Boltzmann transport equation)求得材料之電導率、席貝克係數與電子熱傳導率。聲子群速度則由聲子頻散圖中對頻率作微分求得，再帶入公式求得熱傳導率。研究結論為矽鍺超晶格能有效降低聲子速度使熱傳導率下降，而缺陷矽奈米線能夠藉由磁性的附加增加相同自旋量的電子躍遷至導帶的機率，提高其電子傳導率，最後附加推拉電子基的理想有機導電高分子奈米線能有機會提升熱電因子，大量提高其熱電優值至ZT 4。