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各向异性对高取向Bi2Te3电沉积薄膜热电性能的影响

点击次数:100  发布时间:2019-11-28

【引言】

    由于开发替代能源的必要性,相比于那些依赖化石燃料的能源,热电材料已经引起了人们的极大关注。Bi2Te3基合金就是一种热电材料,非常适合在室温至100℃的温度范围内工作。Antonova等人的工作中,强调了平行和垂直于C轴的单晶体碲化铋的室温各向异性热电性能。因此,可以利用Bi2Te3薄膜的各向异性特性来获得大性能。

【成果介绍】

Cristina V. Manzano等人采用脉冲电沉积法,制备了沿[110]晶相的高取向Bi2Te3薄膜。对这些薄膜的结构、组成和形貌进行了表征。通过使用商用LSR-3 Linseis系统测量塞贝克系数、各方向的电导率和热导率,确定了平行和垂直于衬底表面的热电性能品质因数(zT)。在300K时,Bi2Te3薄膜的面内和面外品质因数分别为(5.6±1.2)·10-2和(10。4±2。6)·10-2。

【图文导读】

图1:(A)Bi2Te3的晶体结构。(B)在本工作中测量的电沉积膜的方向。

 

图2: Bi2Te3脉冲电沉积薄膜的X射线衍射图。衍射图y轴使用对数标尺,以强调薄膜中没有其他方向。

 

图3:Bi2Te3薄膜的SEM图像。(A)俯视图,(B)横截面。

 

图4:面内测量电阻率、塞贝克系数和功率因数随温度的变化。

 

图5:室温下的面外塞贝克系数。(a)塞贝克系数分布,和(b)由商业系统塞贝克微探针测量的塞贝克系数图。

 

图6:平面外导电设置方案。

 

 

【结论】

通过改变生长周期中无电流部分的持续时间得到了脉冲电流,再利用脉冲电沉积工艺得到沿[110]方向高取向的Bi2Te3薄膜。在300 K时,平面内的品质因数约为(5.6±1.2)·10-2,而平面外的品质因数为(10.4±2.6)·10-2。通过这些测量,揭示了Bi2Te3电沉积薄膜的电、热导率各向异性和塞贝克系数各向同性。垂直于c轴的电导率几乎是平行于c轴的电导率的5(4。8)倍。垂直于c轴的塞贝克系数在沿c轴的塞贝克系数的实验不确定度范围内,表明电沉积膜的该特性具有各向同性。从平面内到平面外的导热率增加了两倍。由300K时的面内和面外测量值,分别得到zT// c =(5.6±1.2)·10-2和zT⊥c =(10.4±2.6) ·10-2的品质因数,从而使面内和面外热电性能增加了1.8倍。

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