基于共振能级效应的GeTe和SnTe热电材料第一性原理研究

发布时间：2020-08-07 18:36

【摘要】：热电材料可以直接实现热能与电能的转换,具有无污染、无机械磨损等优点,在新能源领域有着良好的应用前景。由于潜在的中温废热回收发电应用,中温热电材料如碲化锗(GeTe)、碲化锡(SnTe)等受到广泛关注。GeTe中Ge空位的含量直接决定载流子的浓度,对材料的热电性能有重要关系。SnTe作为无铅的IV VI窄禁带半导体材料,尝试在其中通过掺杂引入共振能级有望提高其热电性能。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理广义梯度近似方法模拟计算GeTe和SnTe热电材料的能带结构及其空位、掺杂的影响,并通过试验初步探索了Al掺杂SnTe对热电性能的影响。首先,研究了不同浓度Ge空位对GeTe材料电子结构和输运性质的影响。主要结论如下:通过对不同含量Ge空位的GeTe材料态密度、能带图分析知,随着Ge空位含量的增加,费米能级附近态密度曲线斜率逐渐增大。通过Mott公式可知这对Seebeck系数增加有益,有利于提高材料热电优值。其次,探究了第三主族元素作为SnTe中Sn位掺杂剂,能否引起共振能级现象。模拟方面,通过对SnTe材料进行第三主族元素掺杂计算分析态密度图知,掺Al、In元素引起能级共振效果明显,掺Al引起共振效果最明显。掺杂第三主族其他元素的情况从本文态密度计算中未观察到明显能级共振现象。试验方面,本文采用了高能球磨法和高温熔炼法制备了Al:SnTe体系材料,分析实验中Seebeck系数和ZT值随温度变化曲线,结果显示在SnTe中Sn位掺Al可以提高材料热电性质。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

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本文编号：2784366