Mn-In-Cu co-doping to optimize the thermoelectric properties of SnTe-based materials

无铅硫族化合物SnTe因与PbTe具有相似的晶体结构和能带结构, 近些年受到广泛关注, 然而其较低的Seebeck系数、本征高Sn空位浓度以及高的热导率导致本征热电性能较差. 本文通过高温高压结合热压烧结的方式制备了Mn, In, Cu共掺杂的SnTe基热电材料. Mn带来的能带收敛和In引入的共振能级的共同作用提高了材料整个温度范围内的Seebeck系数, 优化了材料的功率因子. 此外, Mn合金化带来的点缺陷和Cu引入的间隙缺陷增强了声子散射, 有效降低了材料的晶格热导率. 多种策略结合下材料的电性能与热性能同时得到优化, 其中Sn0.89Mn0.15In0.01Te(Cu2Te)0.05样品在873 K时获得最大zT ≈ 1.45, 300—873 K的平均zT达到0.76. 多策略协同调控SnTe基热电材料时仍能较好地保持单策略所发挥的优异特性, 这为进一步改进SnTe基热电材料性能提供了可能.