基于密度泛函理论的轻掺杂热电材料电子输运计算：在高性能铜掺杂锑化锌中的应用
材料科学
2014-01-14 v1 计算物理
摘要
我们提出了一种新方法，基于相应未掺杂材料的实验数据和密度泛函理论（DFT）计算结果，准确计算轻掺杂热电材料的电输运性质。采用该方法是因为，对于模拟与高性能热电材料实验中可比的低掺杂浓度所需的大型超胞而言，混合 DFT 计算难以实现。以锑化锌为基体材料，我们发现利用 DFT 和 Boltzmann 输运理论计算的电输运性质随化学势变化的趋势与混合 DFT 计算结果一致，并提出一种拟合算法，通过调整计算得到的 Fermi 能级使得所得 Seebeck 系数随温度变化的趋势与实验趋势相匹配。我们验证了该方法在重现 Bi 掺杂 ZnSb 的电导率和 Seebeck 系数随温度变化的实验趋势方面的有效性。随后，我们筛选了包括铜和镍在内的多种过渡金属阳离子掺杂剂，发现 ZnSbO 中 2.56% 的 Cu 掺杂浓度在 300-400 K 温度范围内使热电功率因子提高了 14%。因此我们提出，与重掺杂和/或稀土掺杂剂相比，过渡金属掺杂剂可显著提升基体材料的热电性能。
引用
@article{arxiv.1401.2494,
title = {Electronic transport calculations for lightly-doped thermoelectrics using density functional theory: Application to high-performing Cu-doped zinc antimonides},
author = {Alireza Faghaninia and Cynthia S. Lo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1401.2494},
year = {2014}
}