近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所秦晓英研究员课题组在研究黝铜矿Cu₁₂Sb₄S₁₃热电性能时发现，当S位Se替代和Cu位Zn替代时，Cu₃SbS₄杂质相含量发生显著变化，从而引起主相化学计量比的变化，导致S空位及空穴浓度的变化。最终由于载流子浓度的优化、界面势能量依赖的载流子散射大幅提高了功率因子，以及杂质和界面声子散射降低了热导率，提升了Cu₁₂Sb₄S₁₃的热电优值。相关研究成果发表在Applied Physics Letters（Appl. Phys. Lett. 115, 182102 (2019)）上。

随着社会的进步，能源和环境问题已成为新世纪人类面临的最严峻挑战。热电材料可在热能与电能之间进行直接转换，具有体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广、环境友好等特点，成为目前的研究热点。近年来，黝铜矿Cu₁₂Sb₄S₁₃由于其廉价的组成元素、低的本征晶格热导率和优异的电输运性质而引起了人们的极大关注。尽管Cu₁₂Sb₄S₁₃具有超低的晶格热导率，但由于其过高的载流子浓度和较低的热电势，其热电性能仍然较低。目前研究大多采用高价元素Cu位掺杂降低优化载流子浓度、提高热电势，进而提升热电性能，但很少有人研究和关注元素替代对黝铜矿样品中杂相的形成及其对主相Cu₁₂Sb₄S₁₃化学计量比的影响，从而引起热电性能的变化。

基于此，课题组研究人员通过熔炼和真空热压法制备了一系列不同含量的Se和Zn分别在S位和Cu位替代的Cu₁₂Sb₄S₁₃样品。研究表明，同价替代（Se替代S）样品中，杂质相Cu₃SbS₄含量发生了显著变化，这引起Cu₁₂Sb₄S₁₃化学计量比的改变，从而导致了S空位d的变化，如下公式所示：

由于S空位的变化引起电子浓度的变化（图1(b)），从而优化了载流子浓度。