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RESEARCH ARTICLE
Te与In共掺杂对Cu2SnSe3热电性能的影响
任培安
汪聪
訾鹏
陶奇睿
[ ... ]
唐新峰
*
作者单位
摘要
武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070
Cu
2
SnSe
3
基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu
2
SnSe
3
基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu
2
SnSe
3
化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu
2
SnSe
3-
x
Te
x
(
x
=0~0.2)和Cu
2
Sn
1-
y
In
y
Se
2.9
Te
0.1
(
y
=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu
2
SnSe
3-
x
Te
x
(
x
=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu
2
SnSe
3
样品的0.2
m
e
增加到Cu
2
SnSe
2.9
Te
0.1
样品的0.45
m
e
, 显著提高了材料的功率因子, Cu
2
SnSe
2.99
Te
0.01
样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm
-1
·K
-2
。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu
2
SnSe
2.9
Te
0.1
为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu
2
SnSe
3
基化合物的载流子浓度从5.96×10
18
cm
-3
(Cu
2
SnSe
2.9
Te
0.1
)显著提高到2.06×10
20
cm
-3
(Cu
2
Sn
0.975
In
0.025
Se
2.9
Te
0.1
)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu
2
Sn
0.995
In
0.005
Se
2.9
Te
0.1
化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm
-1
·K
-2
。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu
2
Sn
0.985
In
0.025
Se
2.9
Te
0.1
样品在773 K下获得最大
ZT
为0.4, 较本征Cu
2
SnSe
3
样品提高了4倍。
Cu2SnSe3基化合物
Te掺杂
In掺杂
热电性能
Cu2SnSe3-based compound
Te doping
In doping
thermoelectric property
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无机材料学报
2022, 37(10): 1079
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