热电材料α-MgAgSb实现无化学掺杂的载流子浓度调控

背景：近室温热电材料α-MgAgSb因资源丰富、力学强度高等优势，在深空探测、工业余热回收等领域具有重要应用潜力，但其电输运性能受限于合成过程中Ag空位浓度低，导致载流子浓度偏低（约4×10¹⁹ cm⁻³），传统化学掺杂策略因弱化学键和异质原子固溶度低难以有效调控。研究目的：中国科学院物理研究所赵怀周研究员团队提出无需化学掺杂的“相变自掺杂”效应，利用α→β相变过程中Ag空位形成能的差异，通过在593 K退火后快速淬火，将高温β相中提升的空位浓度“冻结”至室温α相中，从而定向调控空穴载流子浓度。结论：该策略成功将空穴浓度从4.5×10¹⁹ cm⁻³提升至1.3×10²⁰ cm⁻³，激活多个价带能谷，室温功率因子提高约35%至30 μW cm⁻¹ K⁻²，创该材料历史最高纪录。单臂热电器件在285 K温差下实现10.7%的转换效率和71.1 mW cm⁻²的最大功率密度。该研究首次证实基于相变退火工艺无需化学掺杂即可有效调控载流子浓度并提升热电性能。