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

1、日益增長的能源消耗及隨之帶來的污染問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)部的這種陰陽離子缺陷對(duì)以及由于四方閃鋅礦的原子鍵長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:
　　①采用傳統(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。
　　②在CuInTe2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