【摘 要】
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热电材料能直接利用废热发电,是一种理想的清洁产能材料。但目前热电材料的转换效率较低,限制了热电技术的应用。要实现转换效率的突破,寻找高性能热电材料是关键。在此背景下,硫族化合物因元素储量丰富、不含毒性,具有高塞贝克系数和较低晶格热导率而受到关注,但是目前对其热电性能研究较少。为此,本文使用第一性原理计算从简单到复杂,对三种典型的硫族化合物展开热电性能研究,获得的成果如下:（1）以经典热电材料PbT
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“基于多重有序结构调控的低温区用高效低成本热电材料与新型器件”（项目编号:SQ2018YFA070113）；
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热电材料能直接利用废热发电,是一种理想的清洁产能材料。但目前热电材料的转换效率较低,限制了热电技术的应用。要实现转换效率的突破,寻找高性能热电材料是关键。在此背景下,硫族化合物因元素储量丰富、不含毒性,具有高塞贝克系数和较低晶格热导率而受到关注,但是目前对其热电性能研究较少。为此,本文使用第一性原理计算从简单到复杂,对三种典型的硫族化合物展开热电性能研究,获得的成果如下:（1）以经典热电材料PbTe为研究对象阐述了采用第一性原理计算研究热电材料性能的流程,验证了理论计算所获得结果的可靠性和稳定性。（2）在此基础上,针对BiSCl本征状态下电导率较小的问题,通过第一性原理计算研究其掺杂后的热电性能。计算结果表明,掺杂后BiSCl的电导率能够达到104Ω-1·m-1的数量级。热电优值能够从本征状态下的4.30 ×10-4提升到700K下p型最大热电优值1.10。（3）随后,为研究块硫铋银矿同源化合物中新型材料AgBiSCl2的热电性能,通过第一性原理计算获得了 AgBiSCl2的各热电参数随温度和载流子浓度变化的关系。计算结果发现AgBiSCl2在300 K到700 K的温度区间内晶格热导率均小于0.40 W·m-1·K-1。p型AgBiSCl2在700K下热电优值能够达到3.70的极高数值,展现了该材料在热电领域的巨大潜力。综上,本文通过第一性原理计算研究了硫族化合物PbTe、BiSCl和AgBiSCl2的热电性能,验证了第一性原理计算结果的稳定性和可靠性,为BiSCl通过掺杂改善电导率获得高的热电性能提供了理论基础,发现了潜在的新型热电材料AgBiSCl2。同时证实了块硫铋银矿同源化合物一般具有极低晶格热导率的结论,为寻找新型热电材料提供了方向。
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