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GeTe热电材料的研究和进展

董源  徐桂英  
【摘要】:当今,化石能源短缺和环境污染问题日益严峻,影响了人们的日常生活以及工业生产。世界各国都在寻找能够绿色高效地利用能源的新技术途径。在众多新技术途径中,热电转换技术因具有可以直接把热能转换成电能、不产生气体排放、不需要预先生产热能、仅靠工业生产和日常生活的废热即可发电等特点,受到工业界和学术界越来越广泛的关注。目前已经在深空探测、能源回收、空调制冷、芯片冷却等方面得到应用。半导体GeTe材料,是一种非常有前景的中温热电材料。在GeTe合成中,一般Ge不能完全参与反应而产生Ge空位,一个Ge空位会产生两个空穴,空穴作为载流子完成电导和电子热导,所以GeTe的热电性能与Ge的参与反应数量有关,受其制备工艺的影响很大。由于Ge不能完全参与反应,产生了大量的空穴载流子,载流子浓度高导致电导率高的同时,电子热导率也很大,限制了GeTe的热电应用。GeTe因为禁带比较窄,并且存在相转变过程,使其有着复杂的热电行为特征。采用不同的元素掺杂和烧结成型工艺会对GeTe的组成、晶体和能带结构及其热电性能产生巨大影响,为探索合适的组成、微观结构和制备工艺以提高GeTe基材料的热电优值提供了可能。此外GeTe基热电材料还具有较好的力学性能,满足高性能热电器件应用对力学性能的要求。这些特性使GeTe基合金成为目前为止在深空探测中得到实际应用的性能优良的p型中温热电半导体材料。本文主要从烧结工艺、元素掺杂、理论计算等方面,较详细地梳理总结了到目前为止对提高GeTe热电性能的探索和研究成果,以期为GeTe基热电材料的深入研究和广泛应用提供参考。

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