雜質帶形成是提高 n 型 XNiSn Half Heusler 熱電功率因數的途徑

能帶結構工程是增強熱電性能的關鍵途徑。 此處，基於 X = Ti，XNiCu_ySn half-Heusler 樣品報告了 20–50% 的塞貝克 (S) 增強。 這種新穎的電子效應歸因於銅摻雜劑導致有限範圍的雜質帶的出現。 根據色散、範圍和相對於母體材料的偏移，這些條帶顯示出不同程度的增強S。 實驗上，這種效應可以透過樣品的 Ti 含量來控制，隨著 Zr/Hf 的添加逐漸消除這種增強作用。 同時，遷移率大致不變，在室溫附近功率因數≥3 mW m⁻¹ K⁻²，在高溫下增加至≥5 mW m⁻¹ K⁻²。 再加上 Cu 間隙原子導致的熱傳導率降低，對於 Ti 含量≥70% 的 XNiCu_ySn 成分而言，在 320 至 793 K 溫度範圍內，平均 zT = 0.67–0.72 較高。 這項工作揭示了 n 型 XNiSn 材料電子性能增強的新途徑，這些材料通常受到單載子口袋的限制。 原則上，雜質能帶可以應用於其他材料，並為進一步發展提供新的方向。