[发明专利]一种N型SnSe热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种N型SnSe热电材料，属于能源材料技术领域，所述N型SnSe热电材料由Sn、Se和Br原子组成，所述Sn、Se与Br的原子摩尔比为1：0.97～0.99:0.01～0.03；所述N型SnSe热电材料为单晶，所述晶体的晶胞参数abc分别为轴角α、β、γ均为90°；所述N型SnSe热电材料的ZT值为2.0～2.8。本发明得到的N型SnSe热电材料为单晶，消除了晶界和杂质对电子传输的影响，使得电性能得到显著的提高，实现了基于SnSe晶体的热电器件的N型材料部件热电性能的提高。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，尤其涉及一种N型SnSe热电材料及其制备方法。

背景技术

热电能源转换技术是一种利用功能材料直接将热能与电能进行相互转换的技术。一个基本的热电发电单元是由一个P型热电半导体材料和一个N型热电半导体材料平行放置，然后用导电模块将PN型材料两端焊接在一起构成的。而热电发电的组件是由大量的基本热电发电单元在电学串联热学并联构成的。热电组件能量转化效率由组件两端温差和热电材料的性能优值ZT决定。当温度不变时，性能优值ZT越高，热电组件的能量转化效率越高。

SnSe是一种重要的热电能源材料，其是一种具有极强各向异性的层状材料，其沿着层内方向具有高的载流子迁移率，而垂直层方向具有低的热导率。制备高性能SnSe热电材料对于热电能源研究至关重要。之前，人们成功研制了高性能的P型SnSe热电材料。例如，采用利用非谐振效应引起低热导效应的未掺杂P型硒化锡晶体SnSe[Zhao,L.D.；Lo,S.H.；Zhang,Y.；Sun,H.；Tan,G.；Uher,C.；Wolverton,C.；Dravid,V.P.；Kanatzidis,M.G.,Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSecrystals.Nature 2014,508(7496),373-7.]；利用碱金属Na掺杂提高载流子浓度以及塞贝克系数的P型钠掺杂SnSe晶体[Zhao,L.D.；Tan,G.；Hao,S.；He,J.；Pei,Y.；Chi,H.；Wang,H.；Gong,S.；Xu,H.；Dravid,V.P.；Uher,C.；Snyder,G.J.；Wolverton,C.；Kanatzidis,M.G.,Ultrahigh power factor and thermoelectric performance in hole-dopedsingle-crystal SnSe.Science 2016,351(6269),141-4.]。

上述方法制备的P型晶体SnSe都有很高的ZT值。但是，一个高性能热电器件必须同时具有性能匹配的P型和N型部件，因此寻找一种高性能N型SnSe热电材料十分必要。现有技术N型SnSe的常规制备方法有熔融合成+放电等离子烧结以及高能球磨法，它们的缺陷在于制备的是多晶SnSe，引入的大量的晶界以及缺陷，阻碍电子的传输，降低了电导率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种N型SnSe热电材料及其制备方法，本发明提供的SnSe热电材料为单晶，消除了晶界和杂质对电子传输的影响，使得电性能得到显著的提高，实现了基于SnSe晶体的热电器件的N型材料部件热电性能的提高。

本发明提供了一种N型SnSe热电材料，所述N型SnSe热电材料由Sn、Se和Br原子组成，所述Sn、Se与Br的原子摩尔比为1：0.97～0.99:0.01～0.03；所述N型SnSe热电材料为单晶，所述晶体的晶胞参数a b c分别为轴角α、β、γ均为90°；所述N型SnSe热电材料的ZT值为2.0～2.8。

本发明还提供了所述N型SnSe热电材料的制备方法，包括以下步骤：

将Sn、Se和SnBr₂混合得到混合物料，所述混合物料中Sn、Se与Br的原子摩尔比为1：0.97～0.99:0.01～0.03；