[发明专利]化合物半导体热电材料及其制造方法

权利要求书

1.一种化合物半导体热电材料，包含：

n型化合物半导体基体；和

分散在所述基体中的n型颗粒，其中所述n型颗粒是与所述基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm或更大但小于100μm，其中所述n型颗粒的电导率为10S/cm或更大，其中所述n型颗粒的电子亲和势与所述基体的电子亲和势类似，或者比所述基体的电子亲和势低0.5eV或更小，其中所述n型颗粒是InSb:Se，

其中所述化合物半导体热电材料的热导率低至常规nm级声子散射效应的水平。

2.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中根据所述化合物半导体热电材料的总重量，所述n型颗粒以0.1重量％至1.0重量％的量存在。

3.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒设置在所述基体的晶界或晶粒中。

4.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒作为稳定的第二相存在于所述基体中。

5.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述基体是Bi-Te体系或Bi-Te-Se体系。

6.根据权利要求5所述的化合物半导体热电材料，其中所述基体还包含Cu、Zn和I中的至少一者。

7.根据权利要求1所述的化合物半导体热电材料，其中所述n型颗粒通过调制掺杂引起电导率提高，或者通过多数载流子过滤引起塞贝克系数增加，或者通过少数载流子过滤引起双极热导率降低。

8.一种热电转换模块，包括根据权利要求1至7中任一项所述的化合物半导体热电材料作为n型元件。

9.一种热电发电机，包括根据权利要求1至7中任一项所述的化合物半导体热电材料。

10.一种热电冷却装置，包括根据权利要求1至7中任一项所述的化合物半导体热电材料。

11.一种用于制造化合物半导体热电材料的方法，包括：

制备n型化合物半导体基体原料；

向所述n型化合物半导体基体原料中添加n型颗粒，其中所述n型颗粒是与所述基体不同的化合物半导体并且平均颗粒尺寸为1μm或更大但小于100μm，其中所述n型颗粒的电导率为10S/cm或更大，其中所述n型颗粒的电子亲和势与所述基体的电子亲和势类似，或者比所述基体的电子亲和势低0.5eV或更小，其中所述n型颗粒是InSb:Se；以及

加压烧结，

其中所述化合物半导体热电材料的热导率低至常规nm级声子散射效应的水平。

12.根据权利要求11所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述n型化合物半导体基体原料的制备包括：

形成包含Bi、Te和Se的混合物；以及

对所述混合物进行热处理以形成合成产物。

13.根据权利要求12所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述合成产物的形成是在350℃至450℃的温度条件和10小时至15小时的时间条件下进行的。

14.根据权利要求12所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述合成产物的形成是通过固相反应过程来进行的。

15.根据权利要求11所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述n型颗粒的添加是通过将粉末形式的所述n型颗粒添加至粉末形式的所述原料中的过程来进行的。

16.根据权利要求11所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述加压烧结是通过放电等离子体烧结过程来进行的。

17.根据权利要求12所述的用于制造化合物半导体热电材料的方法，其中所述加压烧结是在30MPa至60MPa的压力条件和350℃至450℃的温度条件下进行的。