N-型Ag-IN-Se基半導體材料的熱電性能及結構研究.pdf

1、α-In2Se3類似于纖鋅礦結構,是一種典型的層狀結構半導體材料,其室溫下禁帶寬度為1-39 eV。在α-In2Se3單晶胞結構中,有1/3 In原子層空位及少量未成鍵的Se原子存在,使得外來雜質原子容易占據(jù)此空位并與Se原子成鍵,形成穩(wěn)定的化合物組元。所以,通過在α-In2Se3中摻雜Ag,使得摻雜元素Ag占據(jù)在α-In2Se3中的空位面與Se原子成鍵形成化合物組元Ag2Se,從而改變材料的能帶結構,提高電導率,以獲得性能優(yōu)良的熱電材

2、料。此外,二維層狀排布的晶體結構具有極低的晶格熱導率。
　　 本文采用粉末冶金法、放電等離子燒結技術(SPS)等方法,制備三元Ag-In-Se半導體材料,并研究其成分、結構及熱電性能之間的關系。對于部分材料采用第一性原理計算其能帶結構,獲得能帶結構與熱電性能的關聯(lián),并從理論上給予指導。隨后研究熱處理對材料微觀結構及熱電性能的影響。主要研究結果如下:
　　 1、在α-In2Se3中摻入Ag元素,制備以(In2Se3)2+x

3、(Ag2Se)x(x=0.25,0.5,1.0,1.5)為組成的化合物或復合物。發(fā)現(xiàn)添加Ag后出現(xiàn)帶隙變窄現(xiàn)象,其中x=0.5的材料為單相AgIn5Se8化合物,室溫下禁帶寬度為1.1 eV。在863K時AgIn5Se8最大熱電優(yōu)值(Z7)為0.61,是同等溫度下In2Se3的2.7倍,熱電性能明顯提高。
　　 2、采用第一性原理贗勢平面波法對AgIn5Se8進行能帶結構計算。結果表明AgIn5Se8屬于四方晶系對稱結構,Se原

4、子與Ag、In原子成鍵,間接帶隙為1.04 eV,與實驗值相符。導帶主要由In s、p層電子態(tài)構成。在高價帶處,In5p電子態(tài)、Se4p電子態(tài)和Ag4d電子態(tài)發(fā)生軌道雜化,表明Ag對價帶頂?shù)奶Ц咂鹬匾饔?從而使得禁帶寬度Eg變小。
　　 3、對AgIn5Se8材料進行熱處理,研究其微觀結構對材料熱電性能的影響。材料在453 K時分別真空退火60天和100天,發(fā)現(xiàn)退火后材料的|α|、κ均明顯增加,在低溫下電導率σ則降低。退火后,