采用熵工程技术改善SnTe基材料的热电性能

摘要：

SnTe相比于PbTe在热电领域更具有应用潜力,原因是可以减少Pb对环境的毒性作用.但SnTe化合物带隙宽度小,本征Sn空位浓度(nv(Sn))大,因此,本征SnTe具有太大的载流子浓度(～1021 cm–3).改善SnTe材料的热电性能有多种方法,但本次工作以熵工程技术为指导分步设计材料成分.第一步,与5％的GeTe形成Sn0.95Ge0.05Te合金以增大外加元素或化合物的固溶度;然后,Sn0.95Ge0.05Te与5％n-型Ag2Se固溶以进一步降低SnTe的p-型载流子浓度;第三步,采用Bi/Sn等摩尔置换形成(Sn0.95-xGe0.05BixTe)0.95(Ag2Se)0.05(x=0—0.1)合金,以进一步增大固溶体的构型熵(DS).经过多组元固溶后,共增加构型熵DS=5.67 J·mol–1·K–1(x=0.075),从而大大降低了载流子浓度和热导率,使得最大热电优值(ZT)从本征SnTe的约0.22提高到约0.80(x=0.075).证实了熵工程技术是一种能改善SnTe化合物热电性能的有效机制.但实验结果也说明,虽然熵增对材料的热电输运机制有较大影响,但熵增机制需要与其他机制协调才能大幅提高材料的热电优值.

关键词：热电性能、熵工程、SnTe、热导率、电学性能、载流子浓度

所属期刊栏目：71

分类号：TN3;O482.6;TB34

资助基金：国家自然科学基金;资助的课题

在线出版日期：2022-12-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：354-361