Sn位Ge等电子替换对Cu_2Sn_(0.8)Zn_(0.2)S_3热电性能的影响

通过固相法结合放电等离子烧结法(SPS)制备Cu_2Sn_(0.8-x)Ge_xZn_(0.2)S_3(x=0,0.2,0.4,0.6)陶瓷块体,着重研究Ge在Sn位等电子替换对材料的晶相组成及热电性能的影响。结果表明:除生成少量的Cu2GeS3相外,大部分Ge可替代基体相中的Sn。Ge元素的增加导致了晶胞收缩,Zn元素在Sn位的掺杂量相应降低,导致载流子浓度和电导率下降,而赛贝克系数基本保持不变。相比于未替换样品,Ge替换后热导率的进一步下降主要归结于Ge替换引起结构变化(质量波动、晶格畸变与微应力)从而导致声子平均自由程的缩小。在723 K时,x=0.4的样品获得最大热电优值(0.55),相对于x=0的样品提高了约25%。