南京大学联合曲阜师范大学通过Ge-Sb-S合金化协同优化MnTe热电性能

针对上述问题，研究团队分析了MnTe的多价带能带输运结构，发现MnTe中价带极大值能量差较大，认为通过调控能带，促使MnTe能带收敛，减少MnTe价带能量差，有效促进载流子的多价带传输，提升材料的Seebeck系数，显著提升功率因子，可以解决现有载流子浓度优化带来材料的Seebeck系数显著下降和功率因子偏低的问题。唐国栋教授联合南京大学王鹏教授、曲阜师范大学张永胜研究员研究团队，创新性提出通过局域晶格工程与价带收敛协同优化MnTe材料电声输运新思路，通过Ge-Sb-S合金化大幅提升了MnTe材料热电性能。团队研究发现Ge-Sb的引入促使MnTe材料价带收敛和电子态密度提升，导致塞贝克系数显著增强。同时Ge-Sb-S合金化优化了材料载流子浓度，从而导致材料功率因子显著提高，在MnTe材料中获得了高达1289 μWm^-1K^-2的功率因子。同时，发现MnS纳米棒、密集型晶格畸变、高密度位错结构有效增强声子散射，利用局域晶格工程在MnTe材料中获得了极低晶格热导率（0.54 Wm^-1K^-1），接近该材料热导率非晶极限值。这种电声协同效应使材料的热电优值ZT提升到1.6，再一次打破MnTe材料性能国际最高值记录。该研究对推动MnTe热电材料在高效固态热电发电器件中的广泛应用具有重要意义。

图1 Mn_0.91Ge_0.08Sb_0.07Te_0.90S_0.1 材料高角环形暗场-扫描透射电子像（HAADF-STEM）

图2 材料的（a）热电优值ZT，（b）ZT与国际上报道的结果比较