原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 24 June 2020; 

online 12 July 2020

通过引入加权迁移率（Weight mobility）评估了P型SnS的载流子传输特性，包括不同的晶型（单晶和多晶）所导致的载流子散射机制的差异以及温度依赖的电子能带结构演变。此外，基于加权迁移率建立了最优化的热电优值ZT与品质因子B之间的关系，评估了该热电材料所能达到的最佳优化水平，并预测了P型SnS基于其本身固有特性可实现的性能潜力。

p 型SnS晶体的ZT值预测：(a) 优化的简化能级η和品质因子B与ZT值的变化关系；(b) 在优化的简化能级η下，最大ZT值与品质因子B的变化关系。

对稳定、环境友好的可再生能源的迫切需求推动了能源利用技术的革新和发展。热电技术能够利用废热回收将热能直接转化为电能，在过去的几十年中受到了越来越多的关注。同时，热电材料的开发与研究也正朝着高效、低成本、无毒和环保的方向发展，其中硫化锡（SnS）就是一种极具性价比的高效热电材料。通常热电优值（ZT）是材料性能的直接体现，然而作为性能改善的指标，ZT值并不能直接用于评估性能的提升是否来源于其固有的热电特性。所以，需要引入新的评估参数来评价材料优异的热电传输性能。

最近，北京航空航天大学的赵立东教授在本课题组前期报道的P型SnS晶体的工作基础上[Science, 365 (2019) 1418-1424]，利用加权迁移率μw和品质因数B对P型SnS晶体的潜在热电性能进行了评估预测。首先，在优化掺杂水平的情况下，通过对SnS的晶体与多晶的比较分析评估了不同晶型中载流子散射机制的差异。然后，进一步分析并证实了SnS晶体中温度依赖的三个电子价带之间的相互作用，以及固溶Se后对能带演化行为的促进作用，该作用极大地提升了晶体的电传输性能。最后，基于加权迁移率导出品质因子，建立了最大ZT值与B之间的关系，进而评估了材料的最优化潜力。该工作表明，通过深入研究材料的本身固有特性并将其充分优化利用，可实现材料热电性能的最优化。

本研究的发现为评估不同类型的高效热电材料的载流子传输以及热电能性能的预测提供了一个全新的指导，将有助于新型低成本高效热电材料的开发和性能研究。

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