[发明专利]一种Ag掺杂的GeSe基热电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Ag掺杂的GeSe基热电材料，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的化学通式为Ge_1‑xAg_xSe，其中，x为Ag的摩尔分数，1‑x为Ge的摩尔分数，0＜x≤0.07。本发明所述Ag掺杂的GeSe基热电材料，相较于传统P型低载流子浓度的GeSe基材料，其载流子浓度大幅提升，材料内部产生较多晶界散射，有效降低材料的晶格热导率，表现出极低的总热导率，从而显著提升其热电优值，热电性能得到极大程度的改善。本发明还提供了该Ag掺杂的GeSe基热电材料的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，特别是涉及一种Ag掺杂的GeSe基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，因其具有体积小、无噪音、无传动部件和无污染等优点，而成为了新能源材料家族中的佼佼者，因而受到人们的广泛关注。热电材料的转换效率由热电优值(ZT)决定，其定义为ZT＝S²σT/κ，其中S为塞贝克(Seebeck)系数、σ为电导率，κ为热导率，T为绝对温度。因此，高性能热电材料必须同时具有高的Seebeck系数、高的电导率和低热导率。同时，研究表明，材料的Seebeck系数、电导率和电子热导率都与材料自身的能带结构和载流子浓度有关。

随着研究的发展，越要越多的热电材料不断被发掘出来，例如硒化锗(GeSe)材料。然而目前发展的GeSe材料的载流子浓度及其电导率都普遍偏低，GeSe材料ZT为一般检测为0.02，无法满足高性能热电材料的要求。针对GeSe材料的现有常规的改进方法，例如热压制备方法制备元素掺杂GeSe基热电材料，改进效果有限，无法大幅度提升GeSe材料的热电性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种Ag掺杂的GeSe基热电材料及其制备方法和应用，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的载流子浓度大幅提升，热导率低，热电优值高，具有出色的热电性能。

第一方面，本发明提供了一种Ag掺杂的GeSe基热电材料，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的化学通式为Ge_1-xAg_xSe，其中，x为Ag的摩尔分数，1-x为Ge的摩尔分数，0＜x≤0.07。

本发明中，为了使Ag掺杂的GeSe基热电材料具有较高的载流子浓度，以及较低的热导率，本发明所述Ag掺杂的GeSe基热电材料中，所述Ag的摩尔分数范围为0＜x≤0.07。

进一步地，可选地，0.05≤x≤0.07。

进一步地，可选地，0.005≤x＜0.05。

可选地，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的晶体结构为正交晶体结构，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的晶体结构不包括三方晶体结构。

本发明中，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料(Ag的摩尔分数范围为0＜x≤0.07)呈现为正交晶体结构，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的空间群为Pnma。所述Ag掺杂的GeSe基热电材料中通过将Ag元素掺杂控制在7％以下范围内，通过改进的合成工艺，可以保持GeSe固有的室温相结构，使晶体结构不发生转变。

本发明中，当掺杂的Ag的摩尔分数为0＜x≤0.07时，所述GeSe基热电材料的载流子浓度得到优化，电学性能有效改善，而且热导率得到显著降低。

可选地，本发明所述Ag掺杂的GeSe基热电材料具有较低的热导率，在673K时，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的热导率可以达到0.484W/mK。所述Ag掺杂的GeSe基热电材料同样具有较高的电导率和塞贝克系数，在523K时，所述Ag掺杂的GeSe基热电材料的功率因子可接近139μW/mK²。