異質復合結構對n型BiAgSeS材料熱電性能的顯著強化
在可再生能源日益短缺及溫室效應日趨惡劣的嚴峻形勢下,Seebeck效應作為一種新的能源轉化方式,可以有效地將日常生活及工業生產廢熱和不能被太陽能電池有效吸收的紅外波段轉化為亟需的電能,故而引起了科研工作者們的廣泛關注。衡量熱電材料能量轉化效率的最重要的指標是其品質因子ZT(=S2σT/κ),如何提高材料的品質因子是熱電科研工作者們普遍關注的問題。 由于本征的納米析出相以及價鍵非簡諧性(bond anharmonicity)的存在, BiAgSeS具有非常低的本征熱導率κ;然而,因其過低的載流子遷移率極大地限制了其功率因子S2σ。何佳清教授課題組巧妙地將在二維薄膜中廣泛運用的調制摻雜(modulation doping)技術推廣到三維塊體BiAgSeS材料中,使用具有不同載流子濃度的異質晶粒構建三維復合結構,從而極大地提升了該材料中的載流子遷移率,使得功率因子S2σ相對于均勻摻雜的對照樣品提升了約87%,進而顯著地提升了BiAgSeS材料的熱電轉化效率。文章結合了透射電子顯微術和理論計算對在n型BiAgSeS三維塊體復合材料中運用調制摻雜改進載流子遷移率的物理機制做了深入的探討;該工作對調制摻雜技術在三維塊體熱電材料中的廣泛運用頗具啟發意義。
南方科技大學
2021-04-13