纳米结构和能带工程提高Bi-Sb-Te合金的热电性能（英文）

作者：王宇; 杨星; 冯晶; 葛振华^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(10): 3991-4000.

碲化铋由于其优异的性能,已成为商业上广泛使用的热电材料.然而,通过熔化方法获得的p型Bi-Sb-Te热电材料的性能仍有进一步改进的空间.在这项工作中,CsBr化合物被用来提高Bi0.42Sb1.58Te3 (BST)材料的热电性能.采用熔化法和放电等离子体烧结相结合的方法制备了BST+x wt%CsBr (x=0,0.10,0.20,0.30)的块状材料.Cs和Br共掺杂可以显著提高BST合金的电导率,同时降低其热导率,使其在323 K下的最大ZT值为1.2.对于x=0.20的样品,在400 K以下具有1.1的平均ZT.密度泛函理论和透射电子显微镜分析表明,Cs掺杂有效地减小了带隙,增加了费米能级附近的态密度,并使能带变平缓,从而使电输运特性得到了明显增强(最大功率因子接近3500μW mK-2).此外,Cs掺杂可以使得Sb从晶格中脱离出来并与晶格中的游离氧结合形成纳米级Sb2O3,使其能够有效地散射中频声子并降低热导率,同时保持相对较高的塞贝克系数.这项研究提出了一种新的方法,可以仅单独通过CsBr掺杂来解决热电材料中电导率和热导率之间的矛盾.