Термоэлектрические материалы на основе твердых растворов Bi0,5Sb1,5Te3 р-типа и Bi2Te2,7Se0,3 n-типа проводимости нашли применение в изготовлении термоэлектрических преобразователей, особенно термоэлектрических охладителей [1]. Это обусловлено достаточно высокой термоэлектрической эффективностью Z этих твердых растворов в интервале температур ~ 150-350 К. Однако в реальных термоэлементах эффективность Zp, помимо фундаментальных параметров (коэффициентов термо-э. д. с. a, теплопроводности c, удельного сопротивления r) полупроводникового материала, из которого изготовлены ветви термоэлементов, определяется и сопротивлением r переходного коммутационного контакта [2, 3]:

Zp=a?/ cr·l/ (1+r/2rl)
,
где l — длина ветвей.
Множитель a?/cr формулы представляет собой показатель эффективности идеального термоэлемента, у которого сопротивление коммутационного переходного контакта равно нулю. Второй член определяет ту долю необратимых потерь, которую вносит сопротивление переходных контактов. Из выражения очевидно, что при заданных a, r, c ветвей, для обеспечения оптимальной Zp в каждой конкретной термобатареи, необходимо выбрать оптимальные значения отношения r/2rl. Данная задача делает необходимым экспериментальное исследование зависимости Zp от r, r и l при различных вариациях каждого из этих величин.
Учитывая сказанное, в данной работе проводилось экспериментальное исследование зависимости термоэлектрической эффективности реальных термоэлементов от r, ветвей при разных l и l; от l ветвей при разных r и r и от r переходных коммутационных контактов при разных r и l ветвей.
Слитки составов р-Bi0,5Sb1,5Te3 и n-Bi2Te2,7Se0,3 были получены методом горячей экструзии, что обеспечило достаточно высокую их однородность. Экструзию проводили в условиях пластичности без макро- и микронарушений формируемых брусков. Для изготовления ветвей термоэлементов были использованы слитки р- и n-типов с удельной электропроводностью от 570 до 1600 Ом-1·см-1. Были исследованы три группы термоэлементов с различными значениями электропроводности ветвей. Для достоверности в каждой группе были взяты пять термоэлементов с примерно одинаковыми электрическими свойствами. Термоэлектрические параметры р- и n-ветвей в термоэлементах подбирались примерно одинаковыми.
Удельная электропроводность слитков управлялась введением в составы твердых растворов примесей галогенов, свинца, теллура и селена.
Перед залуживанием коммутационными сплавами торцы ветвей термоэлементов предварительно обрабатывались электрохимическим травлением в соответствующих растворах [4]. В качестве коммутационных сплавов были использованы сплавы, мас. %: 57Bi + 43Sn; 42Bi + 54Sn + 4Sb; 52Bi + 32Pb + 16Sn; 25Bi + 50Pb + 12,5Cd + 12,5Sn. Компоненты, входящие в состав указанных коммутационных сплавов, образуя на границе раздела кристалл-контактный сплав промежуточные фазы типа SnTe, Sb2Te3, PbTe, CdTe [5], позволяют создать коммутационные контакты с переходным сопротивлением от 10-4 до 6·10-6 Ом·см2.
Были изготовлены и исследованы термоэлементы с длиной ветвей от 0,5 до 7 мм. Сечение ветвей термоэлементов составляло ~ 6 мм2.
Термоэлектрическая эффективность Zp термоэлементов определялась измерением максимального градиента температуры (DTmax), возникающего на термоэлементах при протекании через них оптимального постоянного тока в вакууме ~ 10-3 Па из выражения
DTmax= 1/2ZpT?.

Выяснено, что зависимость DTmax и Zp от r, r и l носит сложный характер. Для данного коммутационного сплава длина lк, после которой с уменьшением длины ветвей наблюдается сильное падение Zp , не зависит от удельного сопротивления материалов ветвей. Однако при переходе от сплава (мас. %) 57Bi + 43Sn, образующего с твердым раствором меньшее контактное сопротивление (~ 6·10-6 Ом·см2) к сплавам (мас.%) 25Bi + 50Pb + 12,5Cd + 12,5Sn, образующие с твердым раствором большое контактное сопротивление (6·10-6 Ом·см2), lк смещается в сторону больших длин ветвей.
Данный результат объясняется тем, что для одного и того же сплава r само зависит от r полупроводникового материала; с ростом r уменьшается концентрация основных носителей тока в материале, что приводит к росту сопротивления перехода термоэлектрический материал-контактный коммутационный сплав. При этом нами установлено, что r контактов прямо пропорционально r материалов ветвей. Поэтому отношение r/r при изменении r остается постоянным. При переходе же от одного сплава к другим r меняется и соотношение r/2rl > 1 выполняется при других значениях lк ветвей.