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摘 要

实现热能和电能转化可以保护环境并且有效提升能源利用率，我们面临的燃料和能源缺乏问题也能得到改善，是有广阔前景的新型材料，近期CuInSe₂热电材料获得阶段性进展。CuInSe₂拥有良好的稳定性，适合复杂的工作环境并且耐久性高，可以考虑用来解决当前能源紧张问题。

目前投入应用存在的主要问题是无法更好的提高ZT值，根据前人的研究成果可知低维纳米化此材料可更好的提高ZT值并大幅提高热电性能。本论文将采用传统的固相法制备，制备工艺和条件还需优化，尤其是对块体材料的生长控制研究，可能会进一步提高热电性能，温度越高增加的趋势越明显，所以为了更好的热电性能，我们需要不断提高测试温度，测量其热电性能参数。

通过对制备的样品进行XRD测试，分析后找到不同温度下样品的纯度与晶相结构，用最适宜的温度制备高纯度样品材料。为了得到致密化样品所用的SPS法需要找到合适的烧结升温速度，压力等条件，确保烧结出样品足以用于后续研究。样品电导率较低(3.8127S/cm,590K)从电输运测试得到，导致ZT值很低(0.01,323K)。本文通过不同反应温度、反应时间等因素对热电性能的影响以及X射线衍射仪、放电等离子烧结、四探针电阻测试器对样品性能进行表征，其作为环境友好型热电材料有广阔研究前景。

关键词：热电材料，硒铟铜，热电特性，光电材料，固相法

Thermoelectric properties of CuInSe photoelectric materials

ABSTRACT

The problem of fuel and energy shortage we are facing can also be improved. In the near future, CuInSe₂ thermoelectric material has achieved phased progress. CuInSe₂ has good stability, suitable for complex working environment and high durability, which can be considered to solve the current energy shortage problem.

At present, the main problem in the application is that the ZT value cannot be improved better. According to the previous research results, the low-dimensional nano materials can improve the ZT value and greatly improve the thermoelectric performance. In this paper, the traditional solid-state method will be used for preparation, and the preparation process and conditions need to be optimized, especially for the growth control of bulk materials, which may further improve the thermoelectric performance. The higher the temperature, the more obvious the increasing trend, so in order to better thermoelectric performance.

In order to obtain densified samples by SPS method, it is necessary to find the appropriate sintering temperature rise speed, pressure and other conditions to ensure that the sintered samples are enough for subsequent research. It is found that the conductivity of the sample is very low (3.8127s/cm, 590k), resulting in a very low ZT value (0.01323k). In this paper, other factors on the thermoelectric properties, as well as the X-ray diffractometer, spark plasma sintering, four probe resistance tester to characterize the sample properties, it has a broad research prospect as an environment-friendly thermoelectric material.

Key Words: Thermoelectric materials, CuInSe , thermoelectric properties, photoelectric materials, Solid phase method

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2热电材料应用情况 2

1.2.1 研究重点 2

1.2.2 要解决的问题 2

1.3热电转化理论 3

1.4 CuInSe₂热电特性研究进程 4

1.5优化热电特性的方法 5

1.6 本文研究的内容 6

第二章 实验部分 8

2.1实验原料 8

2.2 实验仪器 8

2.3 样品制备 8

2.4 分析与表征 9

2.5 实验流程 10

第三章 CuInSe₂烧结制备热电性能的研究 12

3.1 引言 12

3.2 XRD物相分析 13

3.3 电输运特性 14

3.3.1电导率σ 14

3.4 热传导特性 18

3.5 ZT值 18

3.6 小结 19

第四章 结果与展望 20

4.1结果 20

4.2 展望 20

致 谢 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 研究背景

可开采能源日渐减少，环境破坏问题严重，将会限制人类进步，如图1。目前人类对自然界能源利用率低于百分之四十五，有大约百分之五十五的能量损失，这样不仅浪费能量，而且污染环境、进而造成温室效应。人们思考如何让不可再生资源变成可重复利用的资源为了缓解能源利用率低的现象。航天技术发展也需要一种安静稳定、可再生的装置，所以新型热电材料被研究工作者认可^[1-2]。

图1-1 环境污染示意图

我们不能忽略太阳给予我们的取之不尽的能源，利用太阳能的方式不仅有我们熟知的太阳能热水器的光热转化还有光电电池板的光电转化。当今社会电能需求量大，光电转化成为当前研究重点。光电产业发展出乎意料得快，得益于学者们的研究，如图2。中国国土辽阔，国土三分之二以上地区太阳能资源充足^[3]。

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