SeebeckKoeffizienten

Seebeckkoeffizienten, in der Regel mit S bezeichnet, beschreiben die Fähigkeit eines Materials, aus einem Temperaturgefälle eine elektrische Spannung zu erzeugen. In einem offenen Stromkreis gilt für ein kleines Temperaturgefälle ΔT die Beziehung ΔV = -S ΔT. Das Vorzeichen von S gibt Hinweise auf die dominante Trägerart: Ein positives S deutet meist auf Löcher als Träger hin (p-Typ), ein negatives S auf Elektronen (n-Typ). Die Einheit ist Volt pro Kelvin; praktisch werden oft Mikrovot pro Kelvin (μV/K) angegeben. Metallische Leiter weisen typischerweise Werte im Bereich weniger μV/K auf, während Halbleiter und spezifische Thermoelektrikmaterialien deutlich größere Beträge erreichen können.

S hängt stark von der Temperatur ab und von der Materialzusammensetzung, Struktur und Dotierung. Die Messung erfolgt durch Anlegen eines bekannten ΔT über einen Bauteil und Messung der offenen Spannung. Seebeckkoeffizienten sind eine der drei Schlüsselgrößen der Thermoelektrik, neben der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Wärmekapazität bzw. Wärmeleitfähigkeit κ. Der Gütefaktor ZT = S^2 σ T / κ fasst die Eignung eines Materials für effiziente Thermoelektrik zusammen; hohe Werte erfordern ein hohes S bei ausreichender elektrischer Leitfähigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit.

Auf theoretischer Ebene leiten sich S aus der Elektronenstruktur und dem Trägertransport ab. In Metallen und degenerate Halbleitern lässt sich S durch die Mott-Relation angeben, die S proportional zur Ableitung von σ(E) am Fermi-Niveau beschreibt. Faktoren wie Bandstruktur, Dotierung, Kristallqualität und Phononenwechselwirkungen beeinflussen den Seebeckkoeffizienten maßgeblich.