研究人员优化碲化铅材料系统的热电性能

在最近的一项研究中，中科院合肥物理所的一个研究小组通过调整能带结构和增强声子散射，实现了n型碲化铅(PbTe)的更高热电性能。结果发表在Nanoscale上。

“我们提高了材料的功率因数，降低了热导率，”团队负责人秦晓英教授说。

PbTe是最有前途的中温热电材料之一。然而，与p型PbTe材料相比，n型PbTe材料具有较低的热电品质因数。这主要是由于PbTe导带中轻重带之间的能量偏移较大，这使得在n型PbTe中难以实现能带简化，导致功率因数较低。因此，需要更深入和系统的研究来有效显着提高n型PbTe的热电性能。

现在，研究人员构建了Pb0.97Sb0.03Te+ywt。%Cu12Sb4S13(y=0,1.25,1.5,1.75)复合体系。这是通过用锑(Sb)元素掺杂PbTe基体并引入少量Cu12Sb4S13纳米粒子来实现的。Thy还使用原位反应构建了半相干纳米相。

本研究的重点是使用主体元素掺杂优化n型PbTe中的载流子浓度，同时结合能带工程/能量过滤效应来改善其电性能。

在此基础上，利用原位反应构建半相干纳米相，并将多尺度缺陷引入散射声子。这使他们能够提高功率因数，降低热导率，从而提高热电品质因数(ZT)。

他们发现复合样品Pb0.97Sb0.03Te+1.5wt.%Cu12Sb4S13具有优异的热电性能，ZT为1.58(773K)，与Pb0.97Sb0.03Te相比提高了约75%。

本工作证明了Cu12Sb4S13纳米粒子的掺入是提高Pb0.97Sb0.03Te热电性能的有效途径，对研究n型PbTe的热电性能调控具有重要意义。