若干宽带隙A2IIIB3VI基半导体的能带结构、微结构与热电特性

一。 项目背景：. 本项目研究的是一类宽带隙In2Se3和Ga2Te3基半导体热电材料, 同时也研究了经过量掺杂后晶体结构已发生改变的三元及不同类的In-Se基宽带隙热电材料。之所以研究宽带隙热电材料是因为这类材料在本征情况下具有较高的Seebeck系数和较低的热导率，但缺点是电导率太低。因此，如能大幅度改善电学性能，则就可极大地提高材料的热电性能。.二。 项目开展了以下几方面的研究工作：. 1。 掺杂Ga2Te3内部的微结构（超晶格、纳米畴等）、缺陷特点及与声子散射及晶格热导率的关联性. 2。 若干种掺杂宽带隙半导体的能带结构与电学性能. 3。 掺杂后In2Se3和Ga2Te3基宽带隙半导体内部各种缺陷的形成、转移、湮灭及对电学和热学性能的关联性。.三。重要结果. 1。通过调控Ga2Te3内部的微结构， 揭示了超晶格及纳米畴等的形成规律或机制，及这些微结构对进一步降低晶格热导率的贡献。突破了本征情况下晶格热导率的低限；. 2。揭示了宽带隙半导体内部各类缺陷的形成、转移、湮灭及对电学和热学性能的影响机制；. 3。通过能带结构的研究， 揭示了In-Se内部中间态的形成及对载流子浓度与输运机制的影响。.四。 关键数据及其科学意义. 1。Zn掺杂的In2Se3材料在916K时达到了最大热电优值1.23, 揭示了这类材料作为中高温热电材料的巨大潜力;. 2。在Ga2Te3内部掺杂Cu和Sb后，扰乱了周期性的空位面，使得材料的热导率低于本征情况下的热导率（0.5WK-1m-1)。这一发现，说明了Ga2Te3内部的周期性空位面在阻碍声子输运方面并不是最有效的，局部周期性空位面的转移和破裂对提高声子散射更有效。. 3。 宽带隙（Ga2Te3)0.5(Cu2Te)0.5 (CuGaTe2) 基半导体的热电性能也取得较大突破， 在721K时达到了1.07。 并揭示出这类晶体结构材料作为热电材料的巨大潜力。