p型Bi_xSb_(2–x)Te_(3–y)Se_y基材料低温热电性能
Bi_2Te_3基化合物是目前唯一实现商业化应用的热电材料,但对其研究大多都集中于室温及以上温区,针对室温以下的低温区研究较少.本工作系统研究了Bi/Sb相对含量调控和Se固溶对Bi_xSb_(2-x)Te_3和Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3-y)Se_y化合物在低温区电热输运性能的影响规律.在Bi_xSb_(2-x)Te_3体系中,固溶Bi_2Te_3减小了材料的带隙,并降低了Sb_(Te)反位缺陷的浓度,使材料的峰值ZT温度向低温区偏移,但显著增强的载流子点缺陷散射,导致材料的载流子迁移率和电传输性能劣化,功率因子从Bi_(0.4)Sb_(1.6)T_3的4.58 mW/(m·K~2)下降至Bi_(0.58)Sb_(1.42)Te_3的1.12 mW/(m·K~2).为了进一步提升材料低温区热电性能,选取Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3为基体,在Te位固溶Se,Se的固溶使Se_(Te)+Bi_(Sb)的缺陷形成能更低,抑制了反位缺陷Sb_(Te)的产生,降低了材料的载流子浓度.少量Se固溶使材料能保持优异的电传输性能同时,显著增强了点缺陷声子散射,降低材料的晶格热导率,在宽温区范围提升了材料的热电性能.Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3材料在220 K时,ZT值为0.80,在350 K时ZT峰值为1.17,少量Se固溶Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(2.97)Se_(0.03)样品在220 K时ZT值增至0.93.在350 K时ZT峰值达到1.31,相比分别提升了约16%和12%.该研究为BiSbTe基热电材料低温区热电性能提升提供了重要的指导,对BiSbTe基热电材料低温区的应用具有重要意义.
物理学报
2025年10期
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