Bi2SeO₂是一种有前景的n型半导体，可以在热电（TE）器件中与p型BiCuSeO配对，而TE品质因数zT以及器件效率必须通过调整载流子浓度来优化。然而，即使在具有相同标称成分的样品中，自掺杂n型Bi₂SeO₂中的电子浓度也跨越了几个数量级。电子浓度的这种非系统性变化具有与天然缺陷浓度变化相关的热力学起源。近日，科罗拉多矿业大学Prashun Gorai、日本国立材料科学研究所Takao Mori报道了Bi₂SeO₂热电材料的缺陷工程。

本文要点：

1) 第一性原理计算表明，硒空位（Bi₂SeO₂中n型电导率的来源）根据热力学条件变化了1-2个数量级。通过在更贫硒的条件下和/或更高的固态反应温度（T_SSR）下合成，可以提高电子浓度，这促进了硒空位的形成，而无需引入外源掺杂剂。

2) 仅通过调节合成条件，作者观察到电子浓度增加了两个数量级以上。此外，作者还揭示了晶界散射对Bi₂SeO₂中电子迁移率的显著影响，这也可以通过调节T_SSR来控制。通过同时优化电子浓度和迁移率，自掺杂n型Bi₂SeO₂在773 K下实现了≈0.2的zT。

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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