三元CuInTe2基半导体的结构及热电性能研究

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作者杨江锋
来源太原理工大学
出版年2015
摘要
热电材料是一种通过材料内部载流子的运动实现热能与电能相互转化的功能材料。本文研究的CuInTe2基热电材料是一种典型的I-III-VI2系列黄铜矿结构直接带隙半导体材料,其内部存在In2+Cu+2V-Cu阴阳离子缺陷对,是一种很有潜力的热电材料。本文利用Zn分别替换CuInTe2中的Cu、In和同时替换Cu与In,研究发现了材料中存在Zn In, VCu, In2+Cu和(或)Zn+Cu等点缺陷,其中Zn In是由于Zn优先占据在In原子的晶格位置(4b)而产生的。由于这些点缺陷之间的相互作用,Zn掺杂改变了CuInTe2本征材料中原有的导电机制和晶格结构。随着Zn掺杂量的增大,阴离子位移参数u及两对阴阳离子间的键长差d(d(In–Te)4b-d(Cu–Te)4a)均减少。证明了Zn掺杂降低了材料的晶格畸变程度,同时也解释了晶格热导率(κL)增大的原因。热电性能测试结果表明,Cu1-xIn1-xZn2xTe2(x=0.02)的热电性能最佳,在737K时,无量纲热电优值ZT达到最大值0.69,是本征CuInTe2(720K, ZT=0.42)的1.65倍。采用电负性更小的Mn元素替换CuInTe2中的Cu、In和同时替换Cu与In元素,研究其热电性能。研究发现Cu1-yInMnyTe2(y=0.02)的热电性能最佳。在787K时,ZT值达到最大值0.73,是本征CuInTe2(720K, ZT=0.42)的1.73倍。

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