近期，我院能量转换材料与器件课题组在n型PbS热电材料性能研究方面取得新进展。相关工作“Boosting thermoelectric properties of n-type PbS across a broad temperature range through doping with trace amounts of InBi”以河北大学为第一单位发表在《Applied Physics Letters》(2025,126, 023905)。侯正浩博士为论文第一作者，钱鑫博士，王淑芳教授和北京航空航天大学洪涛博士为共同通讯作者。
热电材料能够实现电能和热能之间的直接相互转换，在工业废热回收和热电制冷等领域具有广泛的应用前景。硫化铅（PbS）是一种元素储量丰富且价格低廉的半导体热电材料，因其与传统材料碲化铅（PbTe）具有相似的晶体结构和电子能带结构，得到了人们的广泛关注和研究。然而，之前报道的大多数研究为了追求在高温区可以获得最大ZT值，普遍采用元素重掺杂的方式，提高其载流子浓度，这不仅会降低其Seebeck系数并扩大电子热导率，还会降低载流子迁移率，使其近室温区的热电性能极低。本工作通过在PbS的Pb位同时掺杂微量的InBi元素，协同优化了n型PbS的电导率和Seebeck系数，在室温（300 K）获得了21.0μW·cm-1·K-2的高功率因子，在300-773 K温度范围的平均功率因子可以达到15.4μW·cm-1·K-2。此外，形成的In/Bi间隙原子以及大量位错缺陷显著降低了PbS的晶格热导率。最终，Pb0.9995(InBi)0.0005S的最大ZT值可以达到0.8，在300-773 K温度范围内的平均ZT值可以达到0.57。本工作对于推动PbS基材料在热电制冷技术领域的应用具有重要意义。
以上工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金，中央引导地方科技发展资金项目，河北省高等学校科学研究项目、河北省燕赵黄金台聚才计划骨干人才项目（博士后平台）和中国博士后基金项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0247781
