近日，我院低維能量轉(zhuǎn)換材料與器件課題組在金屬碲化物PbBi₂Te₄熱電材料性能研究方面取得新進展。相關(guān)工作“Enhanced thermoelectric properties of layered anisotropic PbBi₂Te₄through the suppression of bipolar diffusion effect via Se alloying”以BETVLCTOR偉德官方網(wǎng)站為第一單位發(fā)表在《Applied Physics Letters》(2024, 124, 103902)。錢鑫博士為第一作者，王淑芳教授和電子信息工程學(xué)院丁幫福博士為共同通訊作者。

由于層狀三元化合物PbBi₂Te₄具有複雜的晶體結(jié)構(gòu)而被視為一種有前景的熱電材料。然而，目前關(guān)于PbBi₂Te₄的研究主要集中在理論計算和預(yù)測上，對其實際熱電輸運性質(zhì)的研究有限。本研究中，我們通過高溫熔融法合成了單相PbBi₂Te₄化合物，結(jié)果表明，PbBi₂Te₄展現(xiàn)出顯著的熱電性能各向異性和明顯的雙極擴散效應(yīng)，這可以歸因于其獨特的層狀晶體結(jié)構(gòu)和相對較窄的帶隙，這種雙極擴散效應(yīng)降低了PbBi₂Te₄的澤貝克系數(shù)并放大了其熱導(dǎo)率。為了解決這些問題，本工作通過摻雜Se有效地調(diào)控了PbBi₂Te₄的能帶結(jié)構(gòu)并擴大了其帶隙，雙極擴散效應(yīng)得到了顯著抑制，最終提高了PbBi₂Te₄的澤貝克系數(shù)并顯著降低了熱導(dǎo)率，PbBi₂(Te_0.85Se_0.15)₄的最大ZT值可以達到~0.52，相比未摻雜的PbBi₂Te₄提高了49%。以上研究表明三元金屬碲化物PbBi₂Te₄作為一種n型熱電材料具有巨大的提升潛力。

以上工作得到了國家自然科學(xué)基金、河北省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項目、河北省引進留學(xué)人員資助項目、BETVLCTOR偉德官方網(wǎng)站高層次人才研究啟動項目和物理學(xué)院公共測試中心的大力支持。

文章鍊接：https://doi.org/10.1063/5.0192731