P型黃銅礦CuInTe2材料的結構與熱電性能研究.pdf

1、日益增長的能源消耗及隨之帶來的污染問題迫使人們尋找新型清潔能源以及能源轉換技術。熱電轉換技術就是一種可以實現熱能與電能相互轉化的能源轉化技術，其關鍵是尋找具有高轉換效率的熱電材料。三元黃銅礦型的CuInTe2化合物是近兩年才引起廣泛關注的熱電材料體系，它是由立方ZnTe中Zn原子位置被In和Cu原子交替取代演變而成的四方閃鋅礦結構。每個Te原子連接兩個In原子和兩個Cu原子，構成類金剛石的四面體結構；另外，其結構特征還包括InCu+2反

2、位缺陷和2VCu-空位缺陷兩種可能形成的正負離子缺陷對。結構內部的這種陰陽離子缺陷對以及由于四方閃鋅礦的原子鍵長不同而造成的高度扭曲的晶體結構，使材料表現出相對較低的熱導率；InCu+2反位缺陷與2VCu-空位缺陷對對于半導體材料能帶結構的調控和電熱輸運性能的提高也有重要意義。本論文以三元化合物CuInTe2為研究對象，采用摻雜、等電子取代、及旋甩加放電等離子體燒結（SPS）的新制備工藝來調控材料的載流子濃度與電熱輸運性能，并最終得到優

3、化了的熱電性能。主要研究結果總結如下:
　?、俨捎脗鹘y的固相反應結合(SPS)技術成功制備CuInTe2材料，XRD檢測表明我們得到純的單相材料，理論計算證明材料為直接帶隙。熱電性能測試本征CuInTe2材料為p型半導體材料，在815K時得到最大ZT值為0.56，表明黃銅礦型CuInTe2三元合金材料在中溫區熱電材料方面有著潛在研究意義和應用價值。
　?、谠贑uInTe2化學式中減少Cu元素含量，制備銅缺位的Cu1-xInT

4、e2(x=0、0.04、0.06、0.08、0.10)系列樣品。隨著Cu缺位增多，材料的空穴濃度增加，材料的電導率得到了較大的提高；同時，銅缺位又增強了材料對聲子的散射，導致相對較低的熱導率。其中Cu0.96InTe2獲得所有組分中最高ZT值，820K時最大ZT值達到0.83，相對于本征CuInTe2最大ZT值0.56提高了約48％。
　?、墼贑uInTe2中用Ag等電子取代Cu制備了四元的Cu1-xAgxInTe2(x=0、0.

5、05、0.15、0.30、0.50)固溶體。原子取代后的固溶體材料的Seebeck系數顯著增加，同時熱導率大幅度降低。當x=0.05時，在820K獲得最大ZT值為1.07，相對于本征的CuInTe2樣品的最大ZT值0.56提高了91%。
　?、懿捎帽緦嶒炞孕写罱ǖ娜垠w旋甩(MS)并結合 SPS設備制備了銅缺位的Cu1-xInTe2.06(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)材料。利用熔體旋甩技術急速快冷的特點，在縮短制