间隙铜掺杂GeTe热电材料

高热电优值

通过间隙铜掺杂实现载流子迁移率与晶格热导率的解耦，同时获得高功率因子和超低热导率。

Yin, Liangcao · Liu W.-D. · Li, Meng · Wang, Dezhuang · Wu, Hao · 王一峰 · Lixiong, Zhang · Shi, Xiaolei · 刘庆丰 · Chen, Zhigang

Advanced Functional Materials 2023

具体参数

热电优值

≈2.3

晶格热导率

0.48 Wm⁻¹K⁻¹

载流子迁移率

80 cm²V⁻¹s⁻¹

最大转换效率

≈10 %

技术优势

迁移率不降反升

间隙Cu减弱载流子散射，使载流子迁移率在300 K高达80 cm² V⁻¹ s⁻¹，避免了传统掺杂策略导致的迁移率恶化。

热导率大幅压低

间隙Cu增强声子散射，使晶格热导率在623 K低至0.48 W m⁻¹ K⁻¹，接近非晶态极限。

ZT值达2.3

得益于迁移率与热导率的协同优化，Ge0.93Ti0.01Bi0.06Te-0.01Cu在623 K获得约2.3的热电优值，并对应约10%的最大转换效率（ΔT=423 K）。

首次揭示间隙Cu作用

该工作首次系统研究了GeTe中间隙Cu的掺杂行为，证明局域间隙Cu是一种提升GeTe基热电材料性能的新策略。

应用场景

• 热电材料：提供高性能GeTe基热电材料成分与掺杂策略，可直接用于优化同类热电材料。
• 热能回收：转换效率约10%，适合将工业余热（如400 K以上热源）高效转化为电能。
• 温差发电：ZT值≈2.3，可作为高性能p型热电腿材料，用于中温段温差发电器件。