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借助材料的温差电效应,热电器件能够实现热能和电能之间的直接转换。由于热电器件具有无污染、可靠性高、无噪音以及使用寿命长等优点,在缓解能源危机和环境污染等问题上有潜在的经济价值和社会效益。虽然有上述优点,但是其热能和电能之间的转换效率远远低于传统的能量转换方式,优化材料的热电性能迫在眉睫。GeTe合金是一种典型的中温热电材料,作为窄禁带半导体,具有优良的热电性能,有望取代有毒的PbTe材料。由于纯GeTe存在大量的Ge空位,使空穴浓度超过1021 cm-3,远远大于常见材料优化载流子浓度,因而其ZT值仅1.2左右。为进一步提高GeTe合金热电性能,本文尝试通过掺杂调整载流子浓度,同时考察其对晶格热导率的影响。等价电子掺杂方面:本文在GeTe基体中分别掺杂Zn、Pb、Cd等元素,期望掺杂原子占据Ge空位以降低载流子浓度,合理优化Seebeck系数、电导率和热导率三者关系,达到提高材料ZT值的目的。通过高能球磨结合直流快速热压,制成了 ZnxGe1-xTe(x=0.01,0.02,0.03,0.04)、Zn0.03Pb,Ge0.97.yTe(y=0.01,0.03,0.05,0.07,0.09)和CdzGe1-zTe(z=0.01,0.02,0.03,0.04)系列块体热电材料。结果显示,掺杂上述元素时,功率因子改善并不明显,但是热电性能优化都取得了一定的效果,ZT的提高主要源自于热导率的降低。当x=0.02,温度为773 K时,ZnxGe1-xTe样品获得最优的热电性能,其ZT值达到了 1.4。当y=0.07,温度为773K时,Zn0.03PbyGe097-yTe合金具有最优的热电性能,ZT值则高达1.63。当z=0.04,温度为773 K时,CdzGe1-zTe样品具有最优的热电性能,ZT值达到了 1.53。不等价电子掺杂方面:已有报道表明,Al掺杂Ⅳ-Ⅵ化合物(PbSe、SnTe)能够形成共振能级,并且显著优化了材料的热电性能。但在同族GeTe合金中,A1掺杂对热电性能的影响还未被关注过,本文通过球磨和快速热压制备了 AlrGe1-rTe(r=0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)并考察了掺A1对GeTe性能的影响。研究发现,掺杂Al元素,降低了 GeTe合金的电导率,一定程度提高了Seebec 系数,功率因子也得到优化。此外,Al原子进入GeTe晶格,引起晶格畸变,导致热导率降低,因而热电性能得到比较大的改善。当1=0.04,温度为773 K时,AlrGe1-rTe的热电优值系数达到最大,为1.47。本文研究表明:在GeTe基体中,分别掺入Zn、Pb、Cd元素,可以降低合金的热导率,其热电性能因此得到优化。Al掺杂,既可以提高GeTe基体的功率因子,又能够降低其热导率,明显改善了 GeTe的热电性能。