PDF《Mn 掺杂后三元黄铜矿结构半导体 CuInTe2 的缺陷特征与热电...》

Mn掺杂后三元黄铜矿结构半导体CuInTe2 的缺陷特征与热电性能 王鸿翔 应鹏展 杨江锋 陈少平 崔教林 Defects and thermoelectric performance of ternary chalcopyrite CuInTe2-based semiconductors doped with Mn Wang Hong-Xiang Ying Peng-Zhan Yang Jiang-Feng Chen Shao-Ping Cui Jiao-Lin 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 65,

067201 (2016) DOI: 10.

7498/aps.65.067201 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.067201 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2016/V65/I6 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 含硫宽禁带Ga2Te3 基热电半导体的声电输运特性 Acoustic charge transport behaviors of sulfur-doped wide gap Ga2Te3-based semiconductors 物理学报.2015, 64(19):

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237201 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.237201 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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067201 Mn掺杂后三元黄铜矿结构半导体CuInTe2的 缺陷特征与热电性能? 王鸿翔1)2) 应鹏展2)? 杨江锋3)4) 陈少平3) 崔教林4)? 1)(黑龙江工业学院, 大功率电牵引采煤机重点实验室, 鸡西 158100) 2)(中国矿业大学材料科学与工程学院, 徐州 221116) 3)(太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024) 4)(宁波工程学院材料学院, 宁波 315016) (

2015 年11 月15 日收到;

2015 年12 月23 日收到修改稿 ) 三元黄铜矿结构 (也称类金刚石结构) 半导体是一类具有热电转换潜力的新型热电材料. 本文采用电负性 更小的 Mn 元素替换 CuInTe2 黄铜矿结构半导体中的 Cu 元素, 设计制备贫 Cu 化合物 Cu1?xInMnxTe2. 研 究表明, 当Mn 含量较低时, Mn 优先占位在 In 位置产生受主缺陷 Mn? In. 因此随着 Mn 含量的增大, 载流子浓 度和电导率均得到改善. 但当 Mn 含量进一步增大后, Mn 可同时占位在 In 位置和 Cu 位置, 除产生受主缺陷 Mn? In 外, 还能产生施主缺陷 Mn+ Cu. 由于两类极性相反的缺陷之间的湮灭现象, 使得缺陷浓度及载流子浓度 开始降低, 晶格结构畸变有变小趋势, 因此在高温下晶格热导率仅略有提高. 研究结果表明, 在某一特定的 Mn 含量 (x = 0.05) 时, 材料具有最优的热电性能 (ZT = [email protected] K), 这一性能约是未掺杂 CuInTe2 的2倍. 关键词: 热电材料, 三元黄铜矿结构半导体, CuInTe2, 缺陷特征 PACS: 72.15.Jf, 64.70.kg, 71.20.Nr, 65.40.Ba DOI: 10.7498/aps.65.067201

1 引言热电材料是一类能够实现热能与电能相互转 换的新型功能材料, 在能源开发与利用领域具有巨 大的应用前景. 但目前热电材料的转换效率不高, 还无法满足大规模工业与民用领域的需求. 材料的 热电性能通常由无量纲热电优值 (ZT) 来度量, 而ZT 值由材料的 Seebeck系数 (α), 电导率 (σ)、 热导 率(κ) 和温度共同决定, 即ZT = α2 σT/κ, 其中热 导率 (κ) 主要由晶格热导率 (κL) 和载流子热导率 (κe) 组成. 由于制约热电性能的关键变量 (Seebeck 系数和电导率) 随载流子浓度的变化方向相反, 因 此大幅度提高材料的热电性能将面临巨大挑战. 热电学界已经采用了多种手段以提高其热电 性能, 成效也颇为显著, 其中有: 纳米工程 [1] 、 能带 工程 [2?4] 、 多级分层结构 [5] 、 量子限域效应 [6] 及量 子热输运性质 [7,8] 、 临界散射机理研究 [9?11] 及以热 电势波为基础的能源开发等 [12?18] . 这些研究成果 从不同角度阐释了热电半导体中载流子与声子的 输运特点及相互偶合效应, 揭示了热电输运过程的 许多物理现象, 从而为大幅度提高热电性能提供了 理论依据. 例如, 通过纳米尺度材料研究揭示了低 维热电材料的潜力;