近期，固体所材料应用技术研究室秦晓英研究员课题组在Cu₂SnSe₃材料体系热电性能调控方面取得新进展。研究人员通过能带调整与能量过滤效应显著提高了材料的功率因子，并大幅降低其晶格热导，优化了材料的热电性能，使得材料的热电优值提高到1。相关成果以“Improved Figure of Merit of Cu₂SnSe₃ via Band Structure Modification and Energy Dependent Carrier Scattering ”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces 杂志上(DOI: 10.1021/acsami.0c04298)。

热电技术作为有望解决能源问题的新途径近些年来引起广泛关注。热电材料的转化效率由无量纲量ZT表示，ZT= S²σT /(κ_h+κ_L)，其中S 是热电势，σ为电导率，T为绝对温度，κ_h和κ_L分别是电子热导和晶格热导。Cu₂SnSe₃(CSS)作为一种本征低热导环境友好型热电材料引起广泛关注，但是由于其较低的热电势和功率因子(PF=S²σ),使得材料的品质因子受到制约。

为此，科研人员通过在Sn位掺Fe调整其能带结构，提高价带顶的简并度和费米能级附近的态密度(图1)使得CSS的载流子迁移率和态密度有效质量大幅增加，导致热电势和功率因子显著提高。同时，研究人员在Cu₂Sn_0.95Fe_0.05Se₃(CSFS)中引入MgO纳米颗粒，通过能量过滤效应进一步提高材料的热电势，并由于界面散射显著降低了材料的晶格热导，使得ZT值在823K提高到1，相对于基体材料提高了2.5倍(图 2)。

该工作得到国家自然科学基金的支持, 理论计算在中国科学院合肥研究院物质科学计算中心完成。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c04298