增强的波段晶体工程驱动了GeTe的卓越发电

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 固态物理 固态物理
• 能源转换 能源转换

背景情况:

• 优化热电 (TE) 材料是困难的,因为合载体和声子运输.
• 基于GeTe的材料具有潜力,但需要提高性能.

研究的目的:

• 在基于GeTe的材料中解离载体和声子传输.
• 通过协同带结构和晶格网工程来增强热电性能.

主要方法:

• 用Zr,Pb和Cu2Te对GeTe进行合,以调节带结构和晶格.
• 研究兴奋剂对载体度,移动性和导热性的影响.
• 分析声子散射机制和带结构修改.

主要成果:

• 优化的Ge$_{0.885}$Zr$_{0.02}$Pb$_{0.08}$Te$_{0.985}$(Cu$_{2}$Te) $_{0.015}$表现出增强的西贝克系数和载体加权的移动性 (μ$_{w}$ ≈210 cm^${2}$ V$^{-1}$ S$^{-1}$).
• 由于增强的语音无声性和缺陷散射,格子导热率 (κ$_{L}$) 显著降低.
• 在650K时达到≈2.2的峰值值值 (zT),在650K时改善了≈238%的μ$_{w}$/κ$_{L}$.
• 对于7对装置,其最大热电转换效率为8.5%.

结论:

• 带结构和晶格的协同控制有效地解载体和声子传输.
• 开发的基于GeTe的材料对先进的热电应用具有很大的前景.
• 这种方法为设计高性能热电材料提供了一条途径.