非晶态Zn0.84Fe0.15B0.01O薄膜的光电-热电协同效应：面向低成本能源转换材料的设计与性能突破

【编辑推荐】本研究通过溶胶-凝胶法制备了15%Fe-1%B共掺杂非晶态ZnO薄膜，系统揭示了其厚度依赖的二极管-准金属行为转变（理想因子3.95→4.62）及优异热电性能（塞贝克系数-5600 μV/K，ZT值0.006），为开发低成本热电能量收集材料提供了新思路。

　　

Highlight

Zn_0.84Fe_0.15B_0.01O溶胶凝胶合成

采用醋酸锌二水合物、硫酸亚铁七水合物和硼酸三甲酯作为前驱体，以乙二醇单甲醚为溶剂，通过磁力搅拌制备了0.3 M浓度的溶胶-凝胶溶液。这种"鸡尾酒式"的配方设计精准控制了15%Fe和1%B的摩尔掺杂比例。

结构特性揭秘

扫描电镜(SEM)图像显示薄膜表面存在两类特征结构：直径11-20 nm的球形纳米点，以及120-350 nm的不规则岩石状聚集体。这种"双相拓扑"结构与作者前期研究的结晶态掺杂ZnO形成鲜明对比，印证了非晶基体（占98%）与2%纳米晶区域的特殊复合结构。

结论

研究成功在玻璃和硅基底上制备出15%Fe-1%B共掺ZnO薄膜，通过厚度梯度实验（4-10层）发现：6层样品展现最佳太阳能电池效率，而4层薄膜则表现出惊艳的热电性能（功率因子100 μW/m·K2）。这种"鱼与熊掌兼得"的材料特性，为开发新一代柔性热电-光电集成器件打开了大门。

第二个Conclusion

厚度为10层的样品测得最低热导率（2.3 W/m·K），这归因于增强的结构无序和声子散射效应。尽管深能级缺陷限制了光伏应用，但该材料在300-500K温区展现的负塞贝克系数，暗示其在n型热电领域的独特潜力。