低维能量转换材料与器件团队在热电材料领域取得新进展

近日，151amjs澳金沙门低维能量转换材料与器件课题组在金属碲化物PbBi₂Te₄热电材料性能研究方面取得新进展。相关工作“Enhanced thermoelectric properties of layered anisotropic PbBi₂Te₄through the suppression of bipolar diffusion effect via Se alloying”以河北大学为第一单位发表在《Applied Physics Letters》(2024, 124, 103902)。钱鑫博士为第一作者，王淑芳教授和电子信息工程学院丁帮福博士为共同通讯作者。

由于层状三元化合物PbBi₂Te₄具有复杂的晶体结构而被视为一种有前景的热电材料。然而，目前关于PbBi₂Te₄的研究主要集中在理论计算和预测上，对其实际热电输运性质的研究有限。本研究中，我们通过高温熔融法合成了单相PbBi₂Te₄化合物，结果表明，PbBi₂Te₄展现出显著的热电性能各向异性和明显的双极扩散效应，这可以归因于其独特的层状晶体结构和相对较窄的带隙，这种双极扩散效应降低了PbBi₂Te₄的泽贝克系数并放大了其热导率。为了解决这些问题，本工作通过掺杂Se有效地调控了PbBi₂Te₄的能带结构并扩大了其带隙，双极扩散效应得到了显著抑制，最终提高了PbBi₂Te₄的泽贝克系数并显著降低了热导率，PbBi₂(Te_0.85Se_0.15)₄的最大ZT值可以达到~0.52，相比未掺杂的PbBi₂Te₄提高了49%。以上研究表明三元金属碲化物PbBi₂Te₄作为一种n型热电材料具有巨大的提升潜力。

以上工作得到了国家自然科学基金、河北省高等学校科学研究项目、河北省引进留学人员资助项目、河北大学高层次人才研究启动项目和151amjs澳金沙门公共测试中心的大力支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0192731