Ⅲ族元素掺杂对Mg_(3)Sb_(1.5)Bi_(0.5)合金热电性能的影响

中温区Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料因其特殊的导带结构和复杂的晶体结构,以及无毒廉价等优点而极具应用前景,对Mg_(3)Sb_(1.5)Bi_(0.5)合金进行施主掺杂获得n型传导特性是重要的性能优化手段之一。采用第一性原理进行计算和定向凝固进行实验,对Sc、Y和Al取代Mg_(3)Sb_(1.5)Bi_(0.5)合金不同Mg位的缺陷形成能和电子结构进行了分析,结合实验测试结果讨论其对载流子传输性能参数的影响。结果表明:ⅢB族的Sc和Y优先取代Mg1位,而ⅢA族的Al倾向于取代Mg_(2)位,不同掺杂元素均使Mg_(3)Sb_(1.5)Bi_(0.5)合金的Fermi能级向导带偏移,载流子浓度和电导率值增大。Sc和Y元素还可通过改变导带底能带的曲率来改变载流子有效质量,Seebeck系数更大。其中,Sc掺杂对导带底的影响可以使Seebeck系数和迁移率更加均衡,从而使电子传输性能最佳,相应的功率因子最大值为2.25 mW·m^(-1)·K^(-2)。Al掺杂对合金的电子传输性能提升不明显,但对于声子的散射程度最高,因而其掺杂合金具有最低的晶格热导率。由于电子传输性能上的显著优势,Sc和Y掺杂的合金分别在低温(T<450 K)和高温(T>450 K)下获得更高的热电优值,700 K时合金的最高热电优值可达1.21,可以为掺杂优化n型Mg_(3)(Sb,Bi)_(2)基热电材料提供参考。

Ⅲ族元素掺杂对SnO_2电子结构及电学性能的影响

采用密度泛函理论研究了Ⅲ族元素掺杂对SnO2电子结构及电学性能的影响.态密度分析结果表明,以替代位存在的Ⅲ族杂质均使SnO2的费米能级明显向低能态方向移动,使得价带顶不完全填满,因此在SnO2中均充当受主作用.部分态密度分析结果表明,相对于掺Al的SnO2,Ⅲ族元素中的Ga及In对费米能级附近态密度贡献较大,其主要贡献来自Ga3d态或In4d态,这预示着在SnO2中掺Ga或In能实现更好的p型掺杂效果.电离能计算结果进一步表明,在Al,Ga及In三种元素中,替位In有最小的电离能(0.06eV),这说明其在SnO2中能形成最浅的受主能级,因而在同等掺杂情况下,可引入最高浓度的空穴,从而实现最佳的p型掺杂效果.