中文摘要：

A2IIIB3VI基半导体化合物是一类在结构上较为特殊的宽带隙层状结构材料，具有很高的Seebeck系数及低的热导率和电导率，但该类化合物对掺杂极为敏感。In2Se3和Ga2Te3是两种比较典型的宽带隙半导体，内部均有1/3阳离子位置空缺。本课题研究不同掺杂后内部形成新化合物组元及禁带内产生杂质能级情况，通过修饰能带结构，收缩禁带宽度，以大幅度改善材料的电学性能；研究制备工艺，释放原被周期性空穴面包围着的纳米畴，获取含超结构、无序-纳米畴等复合组织，从而在不需要加大冷速的前提下方便地突破晶格热导率的低限；研究不同掺杂后Ga2Te3基半导体材料内部部分周期性空穴面的消除及空穴面之间面间距的变化情况，研究微结构与能带结构的关联性。在相同组成材料体系中实现"既可修饰能带结构以改善电学性能又可通过调控微结构以大幅度降低晶格热导率"的思想。上述研究对拓展传统热电材料种类及研究思路具有重要的科学价值。

结论摘要：

一。 项目背景 本项目研究的是一类宽带隙In2Se3和Ga2Te3基半导体热电材料, 同时也研究了经过量掺杂后晶体结构已发生改变的三元及不同类的In-Se基宽带隙热电材料。之所以研究宽带隙热电材料是因为这类材料在本征情况下具有较高的Seebeck系数和较低的热导率，但缺点是电导率太低。因此，如能大幅度改善电学性能，则就可极大地提高材料的热电性能。二。 项目开展了以下几方面的研究工作 1。 掺杂Ga2Te3内部的微结构（超晶格、纳米畴等）、缺陷特点及与声子散射及晶格热导率的关联性 2。 若干种掺杂宽带隙半导体的能带结构与电学性能 3。 掺杂后In2Se3和Ga2Te3基宽带隙半导体内部各种缺陷的形成、转移、湮灭及对电学和热学性能的关联性。三。重要结果 1。通过调控Ga2Te3内部的微结构， 揭示了超晶格及纳米畴等的形成规律或机制，及这些微结构对进一步降低晶格热导率的贡献。突破了本征情况下晶格热导率的低限； 2。揭示了宽带隙半导体内部各类缺陷的形成、转移、湮灭及对电学和热学性能的影响机制； 3。通过能带结构的研究， 揭示了In-Se内部中间态的形成及对载流子浓度与输运机制的影响。四。 关键数据及其科学意义 1。Zn掺杂的In2Se3材料在916K时达到了最大热电优值1.23, 揭示了这类材料作为中高温热电材料的巨大潜力; 2。在Ga2Te3内部掺杂Cu和Sb后，扰乱了周期性的空位面，使得材料的热导率低于本征情况下的热导率（0.5WK-1m-1)。这一发现，说明了Ga2Te3内部的周期性空位面在阻碍声子输运方面并不是最有效的，局部周期性空位面的转移和破裂对提高声子散射更有效。 3。 宽带隙（Ga2Te3)0.5(Cu2Te)0.5 (CuGaTe2) 基半导体的热电性能也取得较大突破， 在721K时达到了1.07。 并揭示出这类晶体结构材料作为热电材料的巨大潜力。