黄铜矿Cu1–x NixGaTe2热电输运性质的优化

作者：黄露露; 张建^*; 孔源; 李地; 辛红星; 秦晓英^*

来源：Acta Physica Sinica, 2021, 70(20): 246-254.

• 热电材料
• CuGaTe2
• 态密度
• ZT
• 热电优值

热电材料是一种可实现热能和电能之间直接转换的新型功能材料,因用途广泛而受到大量的关注.但是当今热电转换效率较低,限制了热电器件的大范围应用,而热电转换效率主要局限于材料的热电性能.本文选取了一种黄铜矿结构的化合物CuGaTe2作为研究对象,利用真空熔炼法合成了一系列磁性元素Ni掺杂的样品Cu1–x Nix GaTe2 (x=0—0.75%),并探究了其热、电输运性能的变化规律.研究结果表明, Ni原子可以有效地替代该材料的Cu原子并引起载流子浓度的略微下降和迁移率的提升.同时,掺杂Ni后样品的Seebeck系数显著提高.一方面, Seebeck系数的提升是由于样品载流子浓度的下降;另一方面,掺杂后费米能级附近态密度的有效提升是Seebeck系数明显增强的主要原因.其次, Ni掺杂引起点缺陷散射的增强有效地降低了材料的热导率,其晶格热导率最小值比基体下降了约30%.最终,在873 K下,在Cu0.095Ni0.005GaTe2样品中获得了最大ZT值,约为1.26,比基体CuGaTe2的ZT值增大了约56%.本文的工作表明,在Cu位掺杂磁性元素Ni是提升CuGaTe2体系材料热电性能的有效手段之一.

• 单位
  中国科学技术大学; 生物工程学院; 中国科学院合肥物质科学研究院