新型热电转换半导体材料诞生，效率极高
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东京工业大学（Tokyo Tech）的科学家通过掺杂锑（Sb）演示了单硒化锡（SnSe）半导体的双电荷载流子类型转换。由于主要的Sb取代位点从Se切换到Sn，SnSe载流子类型从p型切换到n型，并随着掺杂的增加而重新切换到p型，有望实现可靠的电荷极性控制，从而实现基于SnSe的p / n同质结热电器件，用于将废热转化为电，以及有关化合物半导体杂质掺杂的新见解。
近年来，发达国家的能源消耗相当浪费。通常，近三分之二的总能量以“废热”的形式被浪费到环境中，最终导致全球变暖。寻找一种有效利用这种热量的方法一直是每位材料研究人员的首要任务。
回收电能中的废热的各种可能方法之一是使用所谓的“热电转换” —一种利用半导体中的温差直接转换为电压的过程。热电器件包括具有两种电荷载流子（即电子和空穴）的p型和n型半导体。p型和n型半导体串联连接以产生较大的热电电压（见图1）。因此，需要开发具有高热电转换效率的p型和n型半导体。
图1.将废热转化为电能的热电设备
单硒化锡（SnSe）掺有锑（Sb）时，可作为热电转换元件（pn结器件）设计的合适候选者。
最近引起人们注意的一种特殊的半导体材料是单硒化锡（SnSe），据报道，其具有世界上最高的热电转换性能指数ZT值。然而，SnSe很难控制电荷载流子类型。掺杂碱金属离子可改善p型热电性能，但碱金属离子是挥发性和扩散性元素，不适用于高温应用。另一方面，添加铋和碘使其成为n型会导致电子浓度低。
在日本高等功能材料研究所发表的一项新研究中，由日本东京工业大学的一组科学家以高濑胜吉教授为首，他们发现，掺有锑（Sb）的SnSe表示为（Sn 1-x Sb x）Se，表现出特殊的导电类型切换。具体来说，研究小组观察到在低掺杂浓度下，（Sn 1-x Sb x硒从p型导电开始，但随着掺杂的增加而切换为n型，最后在高浓度时又切换回p型（见图2）。小组发现，详尽的分析和计算揭示了一种有趣的电荷类型转换机制，该机制与Sn和Se之间的Sb取代位点的分布有关。他们将这种转换行为归因于随着掺杂的增加，主要的Sb替代位点从Se（Sb Se）转换为Sn（Sb Sn）。
图2：在SnSe中添加Sb杂质后的热电动势（塞贝克系数）的变化
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