AgInTe2基热电材料的制备及热电性能研究

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热电材料作为一种环境友好的新型能源材料,可实现热能与电能直接相互转换,因此受到广泛的关注,但相对低的热电转换效率限制其大规模商业应用。新型的AgInTe2基热电材料由于具有较低的热导率和较高的Seebeck系数,因此具有潜在的应用前景。目前对AgInTe2基化合物热电性能的研究和报道并不多,而且相比于传统的热电材料,其电导率非常低,提高AgInTe2基化合物的电导率可以有效优化其热电性能。  由上述可知,提高AgInTe2材料的电导率是优化其热电性能的主要途径。本论文尝试采用熔融退火结合放电等离子活化烧结的方法来制备AgInTe2化合物,并研究了Ag、In缺失和Ga、Cu固溶对其相组成、微结构、电传输性能和热传输性能的影响规律,最后系统研究了Te过量对AgInTe2基化合物的热电性能的影响,在Te过量的基础上固溶Ga,来进一步优化材料的热电性能。结果表明:  AgInTe2化合物是p型热电材料,拥有极低的电导率,较高的Seebeck系数和较低的热导率,其最大ZT值在773K为0.30。Ag和In缺失都可以有效地提高AgInTe2化合物的空位浓度及电导率。Ag缺失0.05时,其电导率在773K时可达412S/m,与本征AgInTe2化合物相比提高32%。最终Ag0.99InTe2和AgIn0.99Te2的样品性能最佳,其最大ZT值在773K分别为0.30和0.32,与本征AgInTe2化合物相比略微有所提高。  对Ga固溶的AgIn1-xGaxTe2化合物,Ga固溶到In位可以使共价性增强,空位迁移率提高,因此电导率显著提高,并拥有较低的热导率。AgIn0.2Ga0.8Te2样品的性能最佳,在773K取得最大ZT值为0.60,比本征AgInTe2样品提高了一倍。对Cu固溶的Ag1-xCuxInTe2化合物,Cu固溶到Ag位可以使空位载流子浓度与迁移率均有所提高,因此电导率大幅度提高,但其热导率也有所提高。最终Ag0.4Cu0.6InTe2的性能最好,在773K取得了最大的ZT值1.0,比本征AgInTe2样品提高了约235%。  Te过量可以有效地提高AgInTe2化合物的空穴浓度及电导率,在高温下对热导率的影响也不大,因此显著地提高材料的热电性能。当Te过量x=0.07时性能最好,最大ZT在773 K可达0.34,与本征AgInTe2化合物相比提高13%。在此基础上,再研究Ga固溶对AgIn1-xGaxTe2.07化合物对材料热电性能的影响规律。在提高电导率的同时使其拥有较低的热导率,最终AgIn0.2Ga0.8Te2.07化合物的性能最好,其最大ZT值在773K可达0.65,与本征AgInTe2化合物相比提高了约117%。
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