掺Ag的β-Cu_(2)Se薄膜的溅射沉积及热电性能

摘要

目的研究Ag掺杂对Cu_(2)Se薄膜物相组成以及热电性能的影响。方法使用粉末烧结的Cu_(2)Se合金靶和高真空磁控溅射设备制备掺Ag的Cu_(2)Se热电薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)研究沉积薄膜的物相组成、表面和截面形貌、元素的含量和分布。通过Seebeck系数/电阻分析系统LSR-3测量薄膜的电阻率及Seebeck系数,从而研究不同掺Ag量的Cu_(2)Se薄膜的热电性能。结果使用磁控溅射技术,利用α-Cu_(2)Se合金靶,可制备出以β-Cu_(2)Se相为主,含极少量α-Cu_(2)Se相的Cu-Se薄膜。薄膜中掺杂的Ag不进入β-Cu_(2)Se相的点阵中,而是在薄膜中形成纳米尺寸的CuAgSe第二相。沉积薄膜的β-Cu_(2)Se相点阵中富含Cu,在Ag含量由0增加到2.97%(原子数分数)的变化过程中,其β-Cu_(2)Se相点阵中[Cu]/[Se]比率大于理想比率2.0,由3.59变化到4.96。β-Cu_(2)Se相点阵中富含Cu,使得沉积的β-Cu_(2)Se薄膜的电阻率低于文献中块体材料。随Ag含量的增加,β-Cu_(2)Se薄膜的电阻率先降低、后升高;对于Seebeck系数,电阻率大的薄膜,其Seebeck系数也大。Ag原子数分数为1.37%的样品,因掺杂后Seebeck系数显著提高,其功率因子最大。结论使用磁控溅射技术制备的富Cu的β-Cu_(2)Se薄膜,具有低电阻率的优点。掺杂适量的Ag,能够显著提高薄膜的Seebeck系数,从而获得较高的功率因子。