På grund av kapaciteten att direkt och reversibelt omvandla värme till elektricitet, har termoelektriska (TE) material potentiella tillämpningar inom solid-state värmepumpning och avgasåtervinning av värme, vilket drar till sig uppmärksamhet över hela världen. Bi2 Te3 utmärker sig för sina utmärkta termoelektriska egenskaper och har använts i kommersiella termoelektriska enheter.
Men utvecklingen av Bi2 Te3 -baserade termoelektriska enheter hindras allvarligt av de svaga mekaniska egenskaperna och låga TE-egenskaperna hos n-typ Bi2 (Te, Se)3 . Därför är det viktigt att utveckla en högpresterande n-typ Bi2 Te3 polykristallint material.
För att ta itu med denna fråga, en studie, publicerad i tidskriften Science Bulletin , introducerade extra Cu i den klassiska n-typen Bi2 Te2.7 Se0.3 för att optimera dess lokala defekttillstånd, och en tvåstegs varmdeformationsprocess användes för att konstruera den högtexturerade polykristallina Bi2 Te2.7 Se0.3 material.
Den här forskningen avslöjar att den extra Cu kan komma in i van der Waals gap mellan Te (1) -Te (1) lager i Bi2 Te2.7 Se0.3 matris, som undertrycker bildningen av de anjoniska vakanserna. Denna minskning av defektdensiteten bidrar till gallrets utjämning i Cu0,01 Bi2 Te2.7 Se0.3 , förbättra mobiliteten hos Bi2 Te2.7 Se0.3 från 174 cm 2 V –1 s –1 till 226 cm 2 V –1 s –1 med ytterligare 1 % Cu, vilket resulterar i en maximal ZT på 1,10 vid 348 K.
Därefter, den SPS-sintrade Cu0,01 Bi2 Te2.7 Se0.3 bulkmaterial genomgick en tvåstegs varmdeformationsprocess. Eftersom interstitiell Cu kan stabilisera gittret och effektivt undertrycka den donatorliknande effekten. Bärarkoncentrationen för heta deformationsprovet förblir nästan oförändrad, medan dess kornorientering och kornstorlek har ökat markant, vilket dramatiskt ökar bärarens rörlighet, från de initiala 174 cm 2 V –1 s –1 till 333 cm 2 V –1 s –1 , vilket motsvarar en ökning på 91 % efter den heta deformationsprocessen.
Denna signifikanta förbättring av elektroniska egenskaper bidrar till en avsevärd förbättring av ZT för varmdeformationsprov. ZTmax av den texturerade Cu0,01 Bi2 Te2.7 Se0.3 når 1,27 vid 373 K, och dess genomsnittliga ZT-värde är 1,22 i intervallet 300-425 K, nästan dubbelt så mycket som den initiala Bi2 Te2.7 Se0.3 .
Dessutom tillverkades en 127-pars termoelektrisk kylanordning (TEC) genom att använda den texturerade Cu0,01 Bi2 Te2.7 Se0.3 prov kopplat med kommersiell BST av p-typ. TEC-modulen uppnådde kyltemperaturskillnader på 65 K och 83,4 K vid varma temperaturer (Th ) på 300 K respektive 350 K, vilket är överlägset det kommersiella Bi2 Te3 -baserade TEC-moduler. Och en 7-pars termoelektrisk generatormodul (TEG) konstruerades med samma material.
TEG-modulen visade en signifikant hög omvandlingseffektivitet på 6,5 % vid en annan temperatur på 225 K, vilket är jämförbart med andra toppmoderna Bi2 Te3 -baserade TEG-moduler.
Mer information: Yichen Li et al, Realizing högeffektiv termoelektrisk modul genom att undertrycka donatorliknande effekt och förbättra föredragen orientering i n-typ Bi2(Te, Se)3, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.04.034
Tillhandahålls av Science China Press
