P型Cu-Ga(In)—Te基半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)及熱電性能研究.pdf

1、CuMTe2(M=In,Ga）是典型的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2系列黃銅礦結(jié)構(gòu)直接帶隙半導(dǎo)體材料，帶隙寬度分別為Eg=1.24 eV(CuGaTe2)和Eg=1.06 eV(CuInTe2)。材料內(nèi)部存在有陰陽離子缺陷對(duì)(MCu+2+2VCu-1)，其中MCu+2表示金屬M(fèi)原子占據(jù)在Cu原子晶格位置的反結(jié)構(gòu)缺陷，2VCu-1表示2個(gè)Cu原子空位。由于該陰陽離子缺陷對(duì)對(duì)改善半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)和熱電輸運(yùn)特性具有重要的作用與意義，因此，本課題通過設(shè)計(jì)不同

2、元素替換，研究三元Cu-Ga(In)-Te基半導(dǎo)體材料的成分、結(jié)構(gòu)及與熱電性能之間的關(guān)聯(lián)。主要研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　 1、用粉末冶金法、放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了CuGaTe2三元合金，材料為純的單相，測量獲得的直接帶隙寬度為1.0eV。在701K時(shí)，CuGaTe2達(dá)到最高ZT值0.49。
　　 2、在CuGaTe2(CGT)三元合金中采用In等電子替換Ga，設(shè)計(jì)制成了CuGa1-xInxTe2(x=0;0.36;0.6

3、4;1)四元化合物。替換后得到的固溶體擁有更高的Seebeck系數(shù)和相對(duì)較低的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率，最大Seebeck系數(shù)提高了將近70％。在701K時(shí)，CuGa0.36In0.64Te2的最高無量綱值ZT值達(dá)到0.91，約是本征CuGaTe2的2倍。
　　 3、在CuGaTe2三元合金中采用Sb非等電子替換Cu，設(shè)計(jì)制備了Cu1-xGaSbxTe2(x=0;0.02;0.05;0.1)化合物，并分別計(jì)算了Sb元素取代Cu位(25.0

4、％)和Te位(12.5％)時(shí)的能帶結(jié)構(gòu)。通過計(jì)算及實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Sb元素在CGT材料中主要占據(jù)在Te原子的晶格位置，導(dǎo)致材料的費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入到價(jià)帶位置，提高了費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度和價(jià)帶有效質(zhì)量，增大了Seebeck系數(shù)。同時(shí)，我們概括出主導(dǎo)晶格熱導(dǎo)率KL的兩個(gè)影響因素，即額外的晶格散射和晶體結(jié)構(gòu)畸變。在721K時(shí)x=0.02樣品的最高ZT值為1.07±0.1，約是同溫度下本征CGT ZT值(0.49)的2.2倍。
　　 4、對(duì)CuGa