近日，我院能量转换材料与器件课题组在AgBi3S5基热电材料的性能优化方面取得新进展。相关研究成果“Enhanced thermoelectric properties of AgBi3S5 through grain boundary and band engineering via Te alloying and Cd doping”以河北大学为第一单位发表在《Applied Physics Letters》（2026, 128, 163903）。硕士研究生李秉谌为论文第一作者，钱鑫副教授和王淑芳教授为共同通讯作者。
三元硫化物AgBi3S5是一种环境友好型的热电材料，凭借其独特的单斜晶体结构，呈现出本征低的晶格热导率。然而，较低的电输运性能限制了其热电性能的提升。本研究通过Te合金化及Cd掺杂，实现了载流子浓度、载流子迁移率和晶格热导率的协同优化，提高了AgBi3S5的热电性能。研究表明，Te合金化能够显著细化晶粒，引入高密度的晶界和位错结构，增强了声子散射并降低了晶格热导率。此外，通过第一性原理计算能带结构，发现固溶Te还能够扩大AgBi3S5的带隙抑制双极扩散效应，并促进多个导带收敛提高能带简并度，进而增大态密度有效质量和Seebeck系数。在此基础上，进一步掺杂Cd元素，使费米能级成功进入多个导带，并进一步促进了能带收敛，实现了载流子浓度和迁移率同步提升。最终，Ag0.95Cd0.05Bi3(S0.97Te0.03)5的最大ZT值达到了0.44，相比未掺杂的AgBi3S5提高了83%。本研究将激发人们对新型金属硫化物热电材料的进一步研究和探索，为开发具有本征低热导率的新型热电材料提供指导和借鉴。
以上工作得到了国家自然科学基金、河北省引进留学人员资助项目、中央引导地方科技发展资金项目、河北省自然科学基金、河北省高等学校科学研究项目、河北大学高层次人才研究启动项目和物理学院公共测试中心的大力支持。
文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0318774
