熱電材料在實際應用中需要高功率因數和ZT值,因為它們分別決定了輸出功率和轉換效率。然而,當引入結構缺陷以追求高ZT值時,通常會抑制平均功率因數。近日,電子科技大學Xiao Yu通過雙間隙摻雜,在n型Pb1.02Se-0.2%Cu中同時實現了24.18μW cm-1 K-2的高平均功率因數和300-773 K下1.01的平均ZT值。
本文要點:
1) 其優異的熱電性能主要源于Pb和Cu雙間隙引起的去耦載流子和聲子輸運特性。首先,n型Pb1.02Se-0.2%Cu中的Pb和Cu雙間隙可以完全優化依賴于溫度的載流子密度,從300 K時的1.27×1019 cm-3到773 K時的3.90×1019 cm-3,從而將功率因數最大化為32.83μW cm-1 K-2,并產生24.18μW cm-1 K-2的平均功率因數。
2) 此外,Pb和Cu雙間隙導致電子主導的分級缺陷(陽離子間隙、Se空位和位錯),這顯著降低晶格熱導率,同時保持高的電輸運性質。由于優化了電和熱傳輸特性,n型Pb1.02Se-0.2%Cu的熱電性能在寬溫度下大大增強。
Yu Xiao et.al Advanced Average Power Factor and ZT Value in PbSe Thermoelectric with Dual Interstitials Doping EES 2024
DOI: 10.1039/D3EE04539K
https://doi.org/10.1039/D3EE04539K