通过原位掺杂增强四方 Cu$_{2}$S 材料的热电性能: 第一性原理研究

Sonam Phuntsho

通过原位掺杂增强四方 Cu$_{2}$S 材料的热电性能: 第一性原理研究

材料科学 2025-01-29 v1

作者: Sonam Phuntsho

摘要

本工作利用密度泛函理论和投影原子轨道电子传输框架, 探讨了通过原位掺杂如何提升四方 Cu $_{2}$ S 材料的热电性能.我们针对当前研究中大多数掺杂聚焦于高温立方多形形态, 而四方结构鲜有涉足的局限性展开调查.通过取代 Cu 为 Li、Na 或 Mg, 以及部分取代 S 为 Se 或 Te, 我们系统性地考察了电子结构和输运性质的变化.结果表明, 阳离子掺杂可显著位移费米能级.特别是, Li 掺杂通过优化载流子浓度和带边对齐, 将功率因子 ( $\\sigma S^2$ ) 提升;而 Mg 因其二价特性提供更高的载流子密度, 但需谨慎平衡以维持较大的 Seebeck 系数.在阴离子侧, 用更重的硫化物 (Se 或 Te) 替代可重塑价带结构并微妙位移费米能级, 从而在电导率和 Seebeck 系数之间获得适度提升.这些掺杂诱导的改变通过输运计算捕捉到, 显示了明确的路径以优化电导率与热导率之间的相互作用, 以实现潜在的高性能因子.总体而言, 这些发现凸显了在 Cu $_{2}$ S 中进行原位掺杂策略的重要性, 说明谨慎选择掺杂元素及其浓度可显著改善关键的热电指标.这些见解为实验验证和进一步开发面向中高温热电应用的 Cu $_{2}$ S 基材料提供了基础.

关键词

热电性能原位掺杂 Cu$_{2}$S 电子结构输运性质

引用

@article{arxiv.2501.17034,
  title  = {Enhanced Thermoelectric Performance through Site-Specific Doping in Tetragonal Cu$_{2}$S: A First-Principles Study},
  author = {Sonam Phuntsho},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2501.17034},
  year   = {2025}
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通过原位掺杂增强四方 Cu$_{2}$S 材料的热电性能: 第一性原理研究

摘要

关键词

引用

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