通过调控导带结构，实现了n型掺钼Bi2(Te,Se)3材料在热电转换效率方面的显著提升

《Advanced Energy Materials》：Conduction Bands Manipulation Leads to Promising Thermoelectric Efficiency in n-Type Mo-Doped Bi2(Te,Se)3

功率因子优化与热电性能提升研究：通过钼掺杂调控Bi2Te3-0.2Se能带结构，实现载流子迁移率与有效质量协同优化，在功率因子达52.3 μW cm?1K?2和ZT值1.2条件下，最高温差71.4 K，转换效率6.0%。

　　

摘要

高功率因数（PF）能够确保热电冷却器具有优异的冷却温差（ΔT）和低功耗，但这通常受到电气参数之间固有权衡的限制。在本研究中，发现钼（Mo）可以通过直接引入杂质来有效改变n型Bi₂(Te,Se)₃（BTS）的导带结构，从而改变费米能级附近的态密度，实现较大的有效质量和塞贝克系数。同时，Mo掺杂还能促进能带的锐化和能带收敛，进一步实现载流子迁移率和有效质量的协同优化。此外，由于能带间隙扩大和缺陷调控导致的低载流子浓度保持了低热导率。因此，Bi₂Mo_0.008Te_2.79Se_0.21I_0.004（BTS+0.8%Mo）样品在300 K时的功率因数（PF）约为52.3 μW cm^?1 K^?2，无量纲优值（ZT）约为1.2。最终，该器件在300 K时的最大冷却温差（ΔT_max）约为71.4 K，当ΔT为200 K时的最大转换效率（η_max）约为6.0%。这些发现为克服热电参数之间的限制性相互依赖性提供了宝贵的见解，为提高各种热电系统的效率开辟了新的途径。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。