铁掺杂GeTe的热压法制备及热电性能

摘要

GeTe是一种具有优异热电性能的材料，因其热电性能高和适应环境强的特点而被认为是目前商业化替代中温区热电材料的理想候选者之一，但GeTe中存在的Ge富集现象导致其本征zT值不高。为了改善碲化锗热电性能，用热压法制备GeTe并进行铁掺杂来提升GeTe的热电性能并进一步观察评估其材料性能，运用第一性原理计算方法分析其电子结构和能带，使用电子探针（EBS）获得晶体微观结构，并分析其热导率随晶体结构的变化情况。模拟计算和热电性能测试结果均表明，铁掺杂能促进碲化锗能带结构优化并增加声子散射，可显著提高碲化锗热电性能；在掺杂质量2%铁粉后，所得样品具有最佳的热电性能，温度为680 K时具有最高的z T值，约为1.57，相对于本征GeTe提高约50%。Fe掺杂GeTe通过优化热导率大幅改善了GeTe热电性能，是一种理想的热电材料。

关键词

碲化锗 / 铁掺杂 / 热压法 / 晶格热导率 / 热电性能

基金资助

国家重点研发计划(2017YFE0198000); 国家自然科学基金重点项目(U21A2054)