普遍存在的软库仑能隙决定了掺杂共轭聚合物的热电性能

《ACS Energy Letters》：Universal Soft Coulomb Gap Governs Thermoelectric Performance in Doped Conjugated Polymers

功率因子受限源于费米能级附近软库仑间隙，其由局域载流子长程库仑排斥引起。实验与蒙特卡洛模拟表明，功率因子峰值对应Mott绝缘体向埃夫罗夫-什克洛夫变程跳跃的相变，伴随塞贝克系数抑制。提升介电常数或促进电荷delocalization可有效抑制软间隙，优化掺杂范围并提高性能，为高性能热电及有机电子材料设计提供统一框架。

　　

在掺杂的共轭聚合物中，功率因数（PF）受到电导率和塞贝克系数之间权衡的制约，但其根本的物理极限仍不明确。我们发现，费米能级附近存在一个“软库仑能隙”，这是这一限制的内在原因，它源于局域载流子之间的长程库仑排斥作用。通过系统的实验和针对多种化学性质材料的动力学蒙特卡罗模拟，我们一致地发现：当功率因数达到最大值时，材料从Mott态转变为Efros–Shklovskii变程跃迁态，这一转变标志着能隙的形成以及塞贝克系数的降低。通过增加介电常数或促进电荷的离域化，可以有效地抑制这个“软能隙”，从而改变最佳掺杂范围并提升材料性能。这些发现为克服功率因数的限制提供了一个统一的物理框架和实用的设计准则，对高性能热电材料及其他掺杂有机电子材料的设计具有广泛的意义。