[发明专利]一种P型SnSe热电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及热电材料领域，尤其涉及一种P型SnSe热电材料，所述P型SnSe热电材料为Te和Na掺杂的SnSe，Sn、Se、Te和Na的摩尔比为(1‑x):(1‑y)：y：x；其中，0.015≤x≤0.025，0<y≤0.03。本发明提供的SnSe材料为P型SnSe，其载流子浓度≥4.0×10¹⁹cm^‑3，载流子迁移率≥260.5cm²V^‑1s^‑1，室温功率因子≥55.5μWcm^‑1K^‑2，室温ZT值≥0.83，平均ZT值≥1.59，热电转换效率≥19.0％。同时，本发明通过垂直温度梯度连续温区定向凝固法制备晶体，可有效的控制晶体尺寸，晶体生长周期短，成功率高。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，尤其涉及一种P型SnSe热电材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，热电材料由于能够直接和可逆地实现热能与电能之间的相互转换吸引了研究人员越来越多的关注。热电器件的发电和制冷效率是由器件两端的温差以及该温区对应热电材料的性能优值平均值ZT_ave决定，当温差一定时，ZT_ave越高，热电器件的能源转换效率越高。热电材料的性能优值ZT由材料的各个热和电传输性能参数共同决定。如何调控材料的热和电传输性能参数，是热电材料领域研究的重点。

SnSe是一种重要的环境友好型热电材料，是一种具有极强各向异性的层状材料，其沿着层内方向具有较高的载流子迁移率及电传输性能，而垂直方向则具有较低的热导率。而传统的多晶SnSe热电材料由于存在大量的缺陷和晶界，极大地限制了其载流子迁移率和热电性能。因此，对于SnSe热电材料的研究主要集中在P型SnSe晶体上。目前主要是通过掺杂Na和Ag来实现P型掺杂。其中Ag掺杂存在掺杂效率低、载流子浓度过低导致低导热晶体热电性能较差的问题；Na掺杂后的P型SnSe晶体的结构对称性较差，依旧存在室温迁移率较差的问题，其热电性能的提高程度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够进一步提高SnSe材料热电性能的P型SnSe晶体及其制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种P型SnSe热电材料，其特征在于，所述P型SnSe热电材料为Te和Na掺杂的SnSe材料，Sn、Se、Te和Na的摩尔比为(1-x):(1-y)：y：x；

其中，0.015≤x≤0.025，0<y≤0.03。

本发明还提供了P型SnSe热电材料的制备方法，包括以下步骤：

按照所述P型SnSe热电材料成分的配比，将Sn、Se、Te和Na进行混合，得到混合物料；

将所述混合物料进行热处理，得到P型SnSe热电材料。

优选的，所述热处理在真空条件下进行，所述真空条件的真空度≤10^-3Pa。

优选的，所述热处理在连续温区垂直管式炉中进行，所述连续温区垂直管式炉分为高温区和低温区；所述高温区先以50～100℃/h的速率升温至1040～1060℃，保温800～1200min；再以0.5～1℃/h的速率降温至780～820℃，最后以10～20℃/h的速率降温至25℃；

低温区先以50～100℃/h的速率升温至940～960℃，保温800～1200min；再以0.5～1℃/h的速率降温至580～620℃，最后以10～20℃/h的速率降温至25℃；

所述高温区与低温区的升温速率相同；所述高温区与低温区的降温速率相同；所述高温区和低温度的保温时间相同。