多组元掺杂提升Cu_(3)SbSe_(4)基固溶体的热电性能

作     者：王莫凡 应鹏展 李勰 崔教林 Wang Mo-Fan;Ying Peng-Zhan;Li Xie;Cui Jiao-Lin

作者机构：中国矿业大学材料科学与工程学院徐州221116 宁波工程学院材料科学与化学工程学院宁波315211 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2021年第70卷第10期

页      面：274-282页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0704[理学-天文学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:51671109)资助的课题. 

主　　题：热电性能 能带结构 Cu_(3)SbSe_(4) 热导率 晶体结构 

摘      要：Cu_(3)SbSe_(4)是一种具有黄铜矿结构的三元p-型半导体材料,在热电领域颇受重视.本次工作采用在Cu_(3)SbSe_(4)中先掺杂Sn与S,然后再掺杂Ga_(2)Te_(3)这一多组元掺杂方式,通过能带及晶体结构计算,了解多组元掺杂后热电性能提升的结构因素.能带计算表明,共掺杂Sn与S后,禁带区域萌生出杂质带,导致材料的载流子浓度(n_(H))和电学性能大幅提高.在691 K时,功率因子(PF)从本征的5.2μW·cm^(-1·)K^(-2)增大到13.0μW·cm^(-1)·K^(-2).虽然Ga占位在Sb或Te占位在Se位置对能带结构作用甚少,但四面体[SbSe_(4)]和[SeCu_(3)Sb]的键长和键角发生了改变,从而产生了明显的局部点阵畸变.因此,在691 K时,晶格热导率(k_(L))从1.23 W·K^(-1)·m^(-1)降低到0.81 W·K^(-1)·m^(-1),有效地抑制了总热导率(k)的提高.最终,材料的最大热电优值(ZT)为0.64,而本征Cu_(3)SbSe_(4)的ZT值为0.26.