硒直接掺杂获得宽温区高性能n型Bi_(2)Te_(3)基热电材料OA

Bi_(2)Te_(3)基化合物因其优异的电输运性能和较低热导率在近室温热电材料中备受关注,研究表明固溶和掺杂是优化Bi_(2)Te_(3)基材料性能的有效途径.目前,硒(Se)作为掺杂剂的n型Bi_(2)Te_(3)–xSe_x基材料已有研究报道,但Te位Se直接掺杂对其缺陷结构、微观组织及能带间隙的调控机理尚未得到系统研究.本文系统研究了Te位Se直接掺杂对三元n型Bi_(2)Te_(3)–xSe_x基化合物的缺陷结构、微结构及带隙的调控行为及其对热电输运性能的影响规律.Se掺杂Te位点形成n型施主缺陷Se·Te,抑制Bi′Te反位缺陷并促使Bi回归本征位,同时产生Te间隙原子(Te_i~×)和空位缺陷(V_(Te)^(··)),优化载流子浓度和迁移率,有效提高材料的电性能.此外,过饱和Te以间隙原子形式扩散析出形成第2相.Se掺杂通过点缺陷引发的质量与应变场波动增强声子散射,显著降低晶格热导率.随x增大,样品带隙增大,本征激发引起的双极效应所导致的性能恶化被显著抑制.结果,Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)样品在300—500 K温区获得最大平均zT值(zT_(ave))为0.73.退火后因样品微结构优化,Bi_(2)Te_(2.4)Se_(0.6)样品功率因子提高,热导率下降,420 K时获得最大zT值为0.81,300—500 K温区z Tave为0.76.这表明Se直接掺杂可以拓宽最佳z T值对应温区,退火工艺可进一步优化其热电性能.该研究为开发宽温区高性能近室温热电材料提供了研究思路.