[发明专利]Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及热电半导体材料，是一种CuInZnTe四元p型热电半导体及其制备工艺。 

背景技术

热电半导体材料是一种通过载流子，包括电子或空穴的运动实现电能和热能直接相互转换的新型半导体功能的热电材料，由此类热电材料制作的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长等优点。在民用领域中，潜在的应用范围：家用冰箱、冷柜、超导电子器件冷却及余热发电、废热利用供电以及边远地区小型供电装置等。 

热电材料的综合性能由无量纲热电优值ZT描述，ZT=Tsa²/k，其中a 是Seebeck系数、s 是电导率、k 是热导率、T是绝对温度；因此，热电材料的性能与温度有密切的关系。迄今为止，所发现的均质热电材料，其最高热电优值（ZT）只在某一个温度值下才取得最大值。目前，已被小范围应用的中温用热电材料主要是50年代开发的Pb-Te基和金属硅化物系列合金，前者其最大热电优值在1.5左右，但Pb对环境污染较大，对人体也有伤害；后者的热电性能较低，其热电优值一般在0.3左右，最大热电优值ZT≤ 0.6。在本特征情况下CuInTe₂半导体其热电性能并不高，难以制作中温用热电器件；其主要原因是在这类材料中，载流子浓度不高，材料的电导率太低。但这类半导体内部具有固有的缺陷对，缺陷对由Cu空位形成的阴离子2V^-1_Cu和金属元素In占位在Cu位置形成反结构缺陷正离子In⁺²_Cu组成，且该阴阳离子间具有Coulomb引力平衡。但如果采用其它低价元素替换CuInTe₂中的Cu元素、降低Cu的含量，这会打破其Coulomb引力平衡，直接导致空穴浓度的大幅增大，从而会降低材料的Seebeck系数。如果采用外加低价元素替换CuInTe₂中的In元素，这会增加带隙宽度，极大地降低载流子浓度和电导率。 

发明内容

为克服上述的不足，本发明旨在向本领域提供一种Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体及其制备工艺，使其解决现有同类材料热电性能欠佳的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。 

一种Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体，其要点在于所述Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体是由CuInTe₂中的Cu和In元素同时等摩尔量替换为Zn元素，所述Zn元素在所述Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体中的摩尔分数为0.01～0.05，所述Cu和In元素在所述Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体中的摩尔分数为0.225～0.25；所述Cu-In-Zn-Te四元p-型热电半导体的化学式为Cu_1-xIn_1-xZn_2xTe₂，其中0≤x≤0.1。