摘要
碲化铋（Bi2Te3）基热电体系是唯一已经商用的热电材料，在近室温区半导体制冷和热电发电方面有较好的前景。针对碲化铋基热电材料ZT值不能满足日常需求的问题，本论文通过p型（Bi,Sb）2Te3合金复合类硫银锗矿结构Cu8GeSe6材料，有效抑制了晶格热导率，实现了材料在300-500K近室温区热电性能的提升。对n型Bi2（Te，Se）3区熔铸锭进行热变形，利用压力产生的类施主效应，材料电输运性能得到提升，同时晶格热导率下降，材料ZT值提高。通过测量器件的转换效率证实材料性能的提升。具体研究内容如下: 1.通过热压烧结制备p型Bi0.5Sb1.5Te3-xwt％Cu8GeSe6（x=0,0.04,0.06,0.08,0.10）复合材料，引入Cu，Cu进入范德华间隙位或取代Bi/Sb,优化材料的空穴浓度，改善材料的电输运性能。添加Cu8GeSe6,诱发增加位错、纳米沉积物和晶界等作为各种尺度声子散射中心的数量，在350K时晶格热导率为0.51Wm-1K-1。因为多种效应的协同作用，x=0.08wt％复合物的峰值ZT在375K时达到1.30,300-500K的平均ZT达到了1.13。 2.对区熔n型Bi2Te2.79Se0.21-BiI3样品进行热变形，在合适的变形量下，调整热变形温度，控制材料的不均匀现象。利用压力产生的类施主效应，大幅提升材料电导率，抵消因热变形引起的迁移率损失，从而实现功率因子的大幅提升。并且在热变形过程中，通过压力作用和回复作用，引入额外缺陷，在350K时热导率下降了15％。803K下热变形样品ZT峰值达1.08,比区熔样品0.89的峰值高了21％。其平均ZT达到了0.91,比区熔样品0.75的平均Z7提升了21％。这有效证明了区熔-热变形工艺的可靠性，其中803K是最适宜温度。 3.通过在宽温区内改进平均ZT的策略将以（Bi，Sb）2Te3-Cu8GeSe6复合材料和商业区熔制成热电器件的转换效率提升到了5.3％,以（Bi,Sb）2Te3-Cu8GeSe6复合材料和Bi2Te2.79Se0.21-BiI3热变形材料制成的器件转换效率达到了5.6％,处于较高水平，并展示了其巨大的应用潜力。
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