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Bi2SeO₂是一種有前景的n型半導體，可以在熱電（TE）器件中與p型BiCuSeO配對，而TE品質因數zT以及器件效率必須通過調整載流子濃度來優化。然而，即使在具有相同標稱成分的樣品中，自摻雜n型Bi₂SeO₂中的電子濃度也跨越了幾個數量級。電子濃度的這種非系統性變化具有與天然缺陷濃度變化相關的熱力學起源。近日，科羅拉多礦業大學Prashun Gorai、日本國立材料科學研究所Takao Mori報道了Bi₂SeO₂熱電材料的缺陷工程。

本文要點：

1) 第一性原理計算表明，硒空位（Bi₂SeO₂中n型電導率的來源）根據熱力學條件變化了1-2個數量級。通過在更貧硒的條件下和/或更高的固態反應溫度（T_SSR）下合成，可以提高電子濃度，這促進了硒空位的形成，而無需引入外源摻雜劑。

2) 僅通過調節合成條件，作者觀察到電子濃度增加了兩個數量級以上。此外，作者還揭示了晶界散射對Bi₂SeO₂中電子遷移率的顯著影響，這也可以通過調節T_SSR來控制。通過同時優化電子濃度和遷移率，自摻雜n型Bi₂SeO₂在773 K下實現了≈0.2的zT。

參考文獻：

Andrei Novitskii et.al Defect Engineering of Bi₂SeO₂ Thermoelectrics Adv. Functional Mater. 2024

DOI: 10.1002/adfm.202416509

https://doi.org/10.1002/adfm.202416509