在地球丰富的Bi₂S₃中增强热电性能,通过使用CuCl兴奋剂修改带结构

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 固态物理 固态物理
• 热电学是一种热电学.

背景情况:

• 硫化物 (Bi2S3) 是一个有前途的热电材料,因为它在地球上丰富且价格低廉的成分.
• 然而,其宽带间隙导致电导率差,限制了热电性能.

研究的目的:

• 为了增强Bi2S3.3的热电功率 (ZT) 数字.
• 研究化铜 (CuCl) 兴奋剂对Bi2S3.3.的电子和热传输特性的影响.

主要方法:

• 在Bi2S3.3.中使用CuCl合剂.
• 测量热电特性 (ZT,电导率,热导率).
• 密度函数理论 (DFT) 的计算.
• 高分辨率传输电子显微镜 (HRTEM).

主要成果:

• 实现了ZT的9倍增长,在723K时达到大约1.02的最大值.
• 由于电子传输的改善,电导率增加了29倍.
• DFT的计算揭示了Cu间隙,创造了中间隙状态和多个导电带谷.
• HRTEM确定了纳米级的丰富的区域和颗粒,增强了声子散射和降低了晶格导热性.

结论:

• CuCl合有效地通过优化电子传输和降低热导率来提高Bi2S3的热电性能.
• 该研究表明,开发高性能,具有成本效益的热电发电机 (TEG) 使用无毒,地球上丰富的材料是一个可行的途径.
• 一个TEG原型实现了3 mW的功率输出,功率密度为7500 mW m-2.2.