动态掺杂与科垂尔气氛优化 n 型 PbTe 的热电性能
材料科学
2022-10-28 v1
摘要
高热电能量转换效率需要在宽温度范围内具有大的品质因数 zT。为此，我们通过共掺杂 Bi 和 Ag，将 n 型 PbTe 从室温到热端温度的载流子浓度进行优化。Bi 是 PbTe 中高效的 n 型掺杂剂，常在室温下导致过高的载流子浓度。如密度泛函理论计算所揭示，我们利用 Bi 和 Ag 缺陷复合物的形成来优化室温载流子浓度。在高温下，我们通过在扫描透射电子显微镜中加热，原位证明了 PbTe 中 Ag2Te 析出物的动态溶解。随温度升高的 n 型 Ag 间隙原子的释放满足了热端更高载流子浓度的需求。此外，如原子探针层析表征所示，Ag 原子沿平行位错阵列聚集形成科垂尔气氛（Cottrell atmosphere）。这导致增强的声子散射并带来低的晶格热导率。由于动态掺杂与修饰位错处声子散射的协同作用，在 400 至 825 K 之间 n 型 Bi/Ag 共掺杂 PbTe 中实现了 1.0 的平均 zT。引入具有温度依赖溶解度且与位错核强相互作用的掺杂剂，使得平均功率因子和热导率的同时优化成为可能，为热电领域提供了一条新思路。
引用
@article{arxiv.2203.10514,
title = {Dynamic doping and Cottrell atmosphere optimize the thermoelectric performance of n-type PbTe},
author = {Yuan Yu and Chongjian Zhou and Xiangzhao Zhang and Lamya Abdellaoui and Christian Doberstein and Benjamin Berkels and Bangzhi Ge and Guanjun Qiao and Christina Scheu and Matthias Wuttig and Oana Cojocaru-Mirédin and Siyuan Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.10514},
year = {2022}
}