近期，中科院合肥研究院固体所材料应用技术研究室秦晓英研究员课题组在Cu₂SnSe₃材料体系热电性能调控方面取得新进展。研究人员通过能带调整与能量过滤效应显著提高了材料的功率因子，并大幅降低其晶格热导，优化了材料的热电性能，使得材料的热电优值提高到1。相关成果以“Improved Figure of Merit of Cu₂SnSe₃ via Band Structure Modification and Energy Dependent Carrier Scattering ”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces 杂志上。

　　热电技术作为有望解决能源问题的新途径近些年来引起广泛关注。热电材料的转化效率由无量纲量ZT表示，ZT= S²σT /(κ_h+κ_L)，其中S 是热电势，σ为电导率，T为绝对温度，κ_h和κ_L分别是电子热导和晶格热导。Cu₂SnSe₃(CSS)作为一种本征低热导环境友好型热电材料引起广泛关注，但是由于其较低的热电势和功率因子(PF=S²σ),使得材料的品质因子受到制约。

　　为此，科研人员通过在Sn位掺Fe调整其能带结构，提高价带顶的简并度和费米能级附近的态密度(图1)使得CSS的载流子迁移率和态密度有效质量大幅增加，导致热电势和功率因子显著提高。同时，研究人员在Cu₂Sn_0.95Fe_0.05Se₃(CSFS)中引入MgO纳米颗粒，通过能量过滤效应进一步提高材料的热电势，并由于界面散射显著降低了材料的晶格热导，使得ZT值在823K提高到1，相对于基体材料提高了2.5倍(图 2)。

　　该工作得到国家自然科学基金的支持，理论计算在中国科学院合肥研究院物质科学计算中心完成。

　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04298

　　图1. (a) CSS的能带图；(b)CSFS 的能带结构；(c) CSS的态密度；(d) CSFS的态密度。

　　 图 2. (a)热电势随温度变化关系；(b) ZT随温度的变化关系。