[发明专利]一种多能级掺杂PbTe基热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多能级掺杂PbTe基热电材料及其制备方法，所述多能级掺杂PbTe基热电材料的分子式为In_xPb_1‑xTe_1‑yA_y；其中，A为Cl，Br，I，Ga，Al；0<x≤0.02，0<y≤0.03。本发明的技术方案采用深浅能级同时掺杂，利用浅能级掺杂提高较低温度时的载流子浓度，利用深能级掺杂提高较高温度时的载流子浓度，并将双极扩散温度提高，最终获得在较宽温度范围内具有高热电优值的热电材料，提高材料的热电效率。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，尤其涉及一种多能级掺杂PbTe基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电发电机或热电致冷器的材料称为热电材料，是一种能实现电能与热能交互转变的材料。由热电材料制作的温差发电和制冷器件具有无污染、无噪声、易于维护、安全可靠等优点。最早苏联利用煤油灯或木材作为热源在边远地区为家用无线电接收机供电。随着空间探索兴趣的增加、以及在地球日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统，热电发电对这些应用尤其合适。对于遥远的太空探测器来说，放射性同位素供热的热电发电器是唯一的供电系统。已被成功的应用于美国宇航局NASA发射的Apollo，Pioneer，Voyager和Ulysses等20多个宇航器上。在俄罗斯，有1000余个类似的放射性同位素温差发电器装置用于北极圈附近的海洋灯塔，具有免维护运行20年设计寿命。另外，利用燃油或者木材等燃料热的小型发电装置，可以为边远地区、野战小部队等提供小功率电源；利用农作物、垃圾甚至人体热能，在住宅、农庄等上就可以建立一个小型发电系统，满足人们对于小功率电能的需求。美国能源部于2003年11月12日公布了一个“工业废热温差发电用先进热电材料”项目，利用冶金炉等工业高温炉的废热发电以降低能耗，2004年3月又发布了开展汽车发动机余热温差发电的研究，欧洲20余个研究机构联合进行了汽车发动机余热发电方面的研究，并组织了“纳瓦到兆瓦热电能量转换”大型科研项目，美国公司在大型货运卡车上安装了1000W级的废热发电系统，为汽车提供辅助电源等，日本建立了“7500W级垃圾燃料余热发电示范系统”，取得了良好的实际效果。近十几年，我国在利用自然界温差和工业废热热电发电上也进行了大量的研究，并取得了较大的进展，具有良好的综合社会效益。热电制冷机具有机械压缩制冷机难以媲美的优点：尺寸小、质量轻、无任何机械转动部分，工作无噪声，无液态或气态介质，因此不存在污染环境的问题，可实现精确控温，响应速度快，器件使用寿命长。还可为超导材料的使用提供低温环境。另外利用热电材料制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。在电子产品的散热，生物医学手术中的温度控制方面均具有良好的应用前景。应该说，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。