低維能量轉換材料與器件團隊在熱電材料領域取得新進展

近日，我院低維能量轉換材料與器件課題組在金屬碲化物PbBi₂Te₄熱電材料性能研究方面取得新進展。相關工作“Enhanced thermoelectric properties of layered anisotropic PbBi₂Te₄through the suppression of bipolar diffusion effect via Se alloying”以BETVLCTOR伟德官方网站為第一單位發表在《Applied Physics Letters》(2024, 124, 103902)。錢鑫博士為第一作者，王淑芳教授和電子信息工程學院丁幫福博士為共同通訊作者。

由于層狀三元化合物PbBi₂Te₄具有複雜的晶體結構而被視為一種有前景的熱電材料。然而，目前關于PbBi₂Te₄的研究主要集中在理論計算和預測上，對其實際熱電輸運性質的研究有限。本研究中，我們通過高溫熔融法合成了單相PbBi₂Te₄化合物，結果表明，PbBi₂Te₄展現出顯著的熱電性能各向異性和明顯的雙極擴散效應，這可以歸因于其獨特的層狀晶體結構和相對較窄的帶隙，這種雙極擴散效應降低了PbBi₂Te₄的澤貝克系數并放大了其熱導率。為了解決這些問題，本工作通過摻雜Se有效地調控了PbBi₂Te₄的能帶結構并擴大了其帶隙，雙極擴散效應得到了顯著抑制，最終提高了PbBi₂Te₄的澤貝克系數并顯著降低了熱導率，PbBi₂(Te_0.85Se_0.15)₄的最大ZT值可以達到~0.52，相比未摻雜的PbBi₂Te₄提高了49%。以上研究表明三元金屬碲化物PbBi₂Te₄作為一種n型熱電材料具有巨大的提升潛力。

以上工作得到了國家自然科學基金、河北省高等學校科學研究項目、河北省引進留學人員資助項目、BETVLCTOR伟德官方网站高層次人才研究啟動項目和物理學院公共測試中心的大力支持。

文章鍊接：https://doi.org/10.1063/5.0192731