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固体所在新型硒化物热电材料性能方面取得新进展
发表日期: 2020-05-01 作者: 明洪蔚
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近期,固体所材料应用技术研究室秦晓英研究员课题组在Cu2SnSe3材料体系热电性能调控方面取得新进展。研究人员通过能带调整与能量过滤效应显著提高材料的功率因子,并大幅降低晶格热导,优化了材料的热电性能,使得材料的热电优值提高1。相关成果以Improved Figure of Merit of Cu2SnSe3 via Band Structure Modification and Energy Dependent Carrier Scattering 为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces 杂志上(DOI: 10.1021/acsami.0c04298)

热电技术作为有望解决能源问题的新途径近些年来引起广泛关注。热电材料的转化效率由无量纲量ZT表示,ZT= S2σT /(κhL)其中S 是热电势,σ为电导率,T为绝对温度,κhκL分别是电子热导和晶格热导。Cu2SnSe3(CSS)作为一种本征低热导环境友好型热电材料引起广泛关注,但是由于其较低的热电势和功率因子(PF=S2σ),使得材料的品质因子受到制约。

为此,科研人员通过在Sn位掺Fe调整其能带结构,提高价带顶的简并度和费米能级附近的态密度(1)使得CSS的载流子迁移率和态密度有效质量大幅增加,导致热电势和功率因子显著提高。同时,研究人员在Cu2Sn0.95Fe0.05Se3(CSFS)中引入MgO纳米颗粒,通过能量过滤效应进一步提高材料的热电势,并由于界面散射显著降低材料的晶格热导,使得ZT值在823K提高到1,相对于基体材料提高了2.5(2)

该工作得到国家自然科学基金的支持, 理论计算在中国科学院合肥研究院物质科学计算中心完成。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04298

1. (a) CSS的能带图;(b)CSFS 的能带结构;(c) CSS的态密度;(d) CSFS的态密度。

                 图 2. (a)热电势随温度变化关系;(b) ZT随温度的变化关系。

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