n型SnS热电材料的制备与性能研究

摘要： SnS由低毒、廉价、高丰度的元素组成, 在热电研究领域受到广泛关注。采用机械合金化(MA)结合放电等离子烧结(SPS)工艺制备了n型SnS1-xClx(x=0, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06)多晶块体热电样品, 并研究了Cl-掺杂量对SnS物相、微观结构以及电热输运性能的影响。结果表明: Cl-的引入会提高电子浓度, 使SnS由本征p型转变为n型半导体。随着Cl-掺杂量的增加, n型SnS半导体室温下的霍尔载流子浓度从6.31×1014 cm-3 (x=0.03)增加到7.27×1015cm-3 (x=0.06)。x=0.05样品在823 K取得最大的电导率为408 S·m-1, 同时具有较高的泽贝克系数为-553 μV？K-1, 使其获得最大功率因子为1.2 μW·cm-1·K-2。Cl-的掺入会引入点缺陷, 散射声子, 使晶格热导率κlat由0.67 W·m-1·K-1(x=0)降至0.5 W·m-1·K-1 (x=0.02)。x=0.04样品在823 K获得了最大ZT为0.17, 相比于x=0样品(ZT~0.1)提高了70%。