论文部分内容阅读
受限于低的转换效率，热电技术仅仅在少数场合下得到了应用。为了推广热电技术，需要不断的提高材料的热电优值zT。为此，科研人员努力对现有的材料体系进行性能上的优化;同时寻找高性能的新型热电材料。热电性能主要由材料的电导率、Seebeck系数和热导率决定，它们之间是相互联系和制约的，从而使得对材料热电性能的优化过程变得很困难。寻找新型的热电材料是热电研究领域的重要内容之一，而且有望在性能上取得更大的突破。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族的类金刚石化合物是一类新型的热电材料，具有相当优异的热电性能。CuInTe2作为其中的一种，在850 K时，zT值达到1.14。不过对比于大多数性能优异的热电材料，CuInTe2的电导率相对较低(1×104 S/m)，热导率相对较高（6W/mK）。因此，采用合适的优化方法，提高其电导率，同时降低热导率，有可能大幅提高其热电性能。根据理论计算的结果，对于CuInTe2化合物，在In位置进行掺杂能够在不改变体系能带结构的条件下调节载流子浓度，实现性能上的优化。CuInTe2属于四方黄铜矿结构，四方结构的扭曲程度直接影响能带的简并程度，进而影响材料的热电性能。CuInTe2与Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族中的其它化合物形成固溶体后，能够对四方结构的扭曲程度进行调节，进而实现热电性能上的优化。 本文首先研究了掺杂对CuInTe2热电性能的影响。通过对In位置掺杂Cd原子，可以显著的提高材料的电导率，同时由于Cd原子与In原子质量和半径的差异，对声子产生额外的散射，使热导率降低，最终在300 K到600 K范围内，掺杂样品的zT值显著提高，在300 K时，提高幅度达到100％，在600 K时，提高幅度为20％左右。其次研究了CuInSe2与CuInTe2形成的固溶体系的热电性能。对于CuInSexTe2-x固溶体，由于CuInSe2在CuInTe2中的固溶度有限，当x≥0.15时，会形成多相混合体系。当x≤0.1时，会形成单一的均相体系。对于Se含量为0.01和0.05的样品，在600 K以上时，固溶样品的功率因子相比于CuInTe2基体，有一定程度的提高;在750 K时，zT值能够达到0.54，相比于基体CuInTe2的0.50，该值有8％左右的提高。最后研究了CuInTe2与AgInTe2固溶体的热电性能。对于Cu1-xAgxInTe2固溶体化合物，引入Ag原子后，固溶体的电导率下降，热导率下降，zT值有很大程度的提高。Cu原子缺失部分形成Cu1-x-yAgxInTe2固溶体。由于Cu的缺失，固溶体的电导率相比于Cu未缺失的样品，有一定程度的提高，从而使得功率因子增大，zT值提高。对于热压样品Cu0.75Ag0.2InTe2，在850 K时，zT值能够达到1.24。