P型黃銅礦CuInTe2材料的結(jié)構(gòu)與熱電性能研究.pdf

1、日益增長(zhǎng)的能源消耗及隨之帶來(lái)的污染問(wèn)題迫使人們尋找新型清潔能源以及能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)就是一種可以實(shí)現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)化的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，其關(guān)鍵是尋找具有高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料。三元黃銅礦型的CuInTe2化合物是近兩年才引起廣泛關(guān)注的熱電材料體系，它是由立方ZnTe中Zn原子位置被In和Cu原子交替取代演變而成的四方閃鋅礦結(jié)構(gòu)。每個(gè)Te原子連接兩個(gè)In原子和兩個(gè)Cu原子，構(gòu)成類(lèi)金剛石的四面體結(jié)構(gòu)；另外，其結(jié)構(gòu)特征還包括InCu+2反

2、位缺陷和2VCu-空位缺陷兩種可能形成的正負(fù)離子缺陷對(duì)。結(jié)構(gòu)內(nèi)部的這種陰陽(yáng)離子缺陷對(duì)以及由于四方閃鋅礦的原子鍵長(zhǎng)不同而造成的高度扭曲的晶體結(jié)構(gòu)，使材料表現(xiàn)出相對(duì)較低的熱導(dǎo)率；InCu+2反位缺陷與2VCu-空位缺陷對(duì)對(duì)于半導(dǎo)體材料能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控和電熱輸運(yùn)性能的提高也有重要意義。本論文以三元化合物CuInTe2為研究對(duì)象，采用摻雜、等電子取代、及旋甩加放電等離子體燒結(jié)（SPS）的新制備工藝來(lái)調(diào)控材料的載流子濃度與電熱輸運(yùn)性能，并最終得到優(yōu)

3、化了的熱電性能。主要研究結(jié)果總結(jié)如下:
　?、俨捎脗鹘y(tǒng)的固相反應(yīng)結(jié)合(SPS)技術(shù)成功制備CuInTe2材料，XRD檢測(cè)表明我們得到純的單相材料，理論計(jì)算證明材料為直接帶隙。熱電性能測(cè)試本征CuInTe2材料為p型半導(dǎo)體材料，在815K時(shí)得到最大ZT值為0.56，表明黃銅礦型CuInTe2三元合金材料在中溫區(qū)熱電材料方面有著潛在研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
　?、谠贑uInTe2化學(xué)式中減少Cu元素含量，制備銅缺位的Cu1-xInT

4、e2(x=0、0.04、0.06、0.08、0.10)系列樣品。隨著Cu缺位增多，材料的空穴濃度增加，材料的電導(dǎo)率得到了較大的提高；同時(shí)，銅缺位又增強(qiáng)了材料對(duì)聲子的散射，導(dǎo)致相對(duì)較低的熱導(dǎo)率。其中Cu0.96InTe2獲得所有組分中最高ZT值，820K時(shí)最大ZT值達(dá)到0.83，相對(duì)于本征CuInTe2最大ZT值0.56提高了約48％。
　?、墼贑uInTe2中用Ag等電子取代Cu制備了四元的Cu1-xAgxInTe2(x=0、0.

5、05、0.15、0.30、0.50)固溶體。原子取代后的固溶體材料的Seebeck系數(shù)顯著增加，同時(shí)熱導(dǎo)率大幅度降低。當(dāng)x=0.05時(shí)，在820K獲得最大ZT值為1.07，相對(duì)于本征的CuInTe2樣品的最大ZT值0.56提高了91%。
　?、懿捎帽緦?shí)驗(yàn)自行搭建的熔體旋甩(MS)并結(jié)合 SPS設(shè)備制備了銅缺位的Cu1-xInTe2.06(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料。利用熔體旋甩技術(shù)急速快冷的特點(diǎn)，在縮短制