构建抗势垒层消除晶界电阻以提升多晶Mg3(Sb,Bi)2热电性能

本研究针对重掺杂多晶半导体中载流子迁移受晶界散射制约的关键问题，通过钨(W)纳米颗粒的电子功函数调控策略，在n型Mg3(Sb,Bi)2中构建金属-半导体抗势垒界面，实现473-573K温度区间24μW cm?1 K?2的优异功率因子，同时获得773K下0.58 W m?1 K?1的超低晶格热导率，最终达成323-773K宽温域平均zT值1.34的突破性成果，为热电材料界面工程提供普适性解决方案。

　　

在重掺杂多晶半导体体系中，低温条件下电荷载流子传输往往受限于电离杂质散射或晶界散射效应，导致载流子迁移率(carrier mobility)显著下降，进而制约整体热电性能。这项突破性研究通过巧妙运用电子功函数(work function)原理，在n型镁锑铋合金Mg₃(Sb,Bi)₂多晶材料中精准引入钨(W)纳米颗粒，构建出具有抗势垒特性的金属-半导体界面。这种创新设计使W纳米颗粒成为高效的电子传输媒介，实现跨界面电荷载流子的无缝迁移，电子迁移率因此获得显著提升，在473-573K温区展现出24μW cm^?1 K^?2的卓越功率因子(power factor)。

更有趣的是，W纳米颗粒的引入同时触发了强烈的声子散射效应，使材料在773K高温下仍保持0.58 W m^?1 K^?1的超低晶格热导率(lattice thermal conductivity)。这种"电子导通-声子阻断"的协同效应，最终促成宽温域(323-773K)内平均热电优值(zT)_ave达到1.34的突破性成果。理论预测显示，基于该材料的单臂器件在450K温差下可实现15.4%的能量转换效率。这项研究为开发高性能热电材料提供了普适性的复合策略，特别在解决金属-半导体界面势垒这一关键科学问题上开辟了新路径。