《Lu3＋掺杂对CdO陶瓷电、热输运性能的影响》.pdf

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014) 178102 Lu3+掺杂对CdO陶瓷电、热输运性能的影响冰 董国义 李龙江 吕青 王淑芳 戴守愚 王江龙十 傅光生 (河北省光电信息材料重点实验室，河北大学物理科学与技术学院，保定 071002) (2014年2月19日收到；2014年5月13日收到修改稿) 利用传统固相烧结法制备了Cdl一Lu。O (：0％，0．1％，0．5％，0．75％，1．0％，1．25％，1．5％，2％)陶瓷样品 并研究了Lu。+掺杂对其电、热输运性能的影响．随着Lu。+掺杂浓度的增大，Cd1一Lu。O样品的室温载流子 浓度持续增大而其迁移率表现出先增大后减小的趋势．在300--1000K测试温度区间内，Cdl一LuO的电导 率表现出金属电导行为且其电导率和热导率均随着Lu。+掺杂浓度的增大而升高；塞贝克系数在整个测试区 间内均为负值，其随温度和载流子浓度的变化关系可用 自由电子模型描述． 关键词：CdO陶瓷，电、热输运，半导体掺杂 PACS：81．05．Hd，72．80．Ga，72．20．Pa DOI：10．7498／aps．63．178102 温电导率、塞贝克系数及热导率的影响及其物理变 1 引 言 化规律．同时，我们对Lu。+掺杂对CdO陶瓷材料 的室温迁移率的影响也进行了详细的研究． 透明导电氧化物 ftransparentconductingOX- id，TCO)是一种在可见光区具有高透射率及高电 2 实验方法 导率的功能材料 1【]．n型半导体CdO作为一种常 见的TCO材料，被广泛地应用于太阳能光伏器件 Cdl一LuO (=0％，0．1％，0．5％，0．75％， 及导 电复合材料等诸多领域 [2-5】．除了用作TCO 1．0％，1．25％，1．5％，2％)陶瓷样品利用传统的固 材料外，最近我们实验发现CdO还表现出优 良的 相反应烧结法制备而成．将CDO(99．95％，AlfaA-e 高温热电性能，1000K时CdO陶瓷样品的无量纲 sar)和Lu2O3(99．99％，AlfaAesar)粉末按原子摩 热 电优值ZT约为0．3 6【一，可 以和新型n型氧化物 尔计量比称量配料，以酒精作为球磨介质球磨2h， 热 电材料掺杂钛酸锶相 比拟 8[-11】．相 比于其他热 待粉料烘干后，用6MPa的压力把其压制成直径 电材料，TCO基热 电材料更容易实现和传统光 电 为12mm 的圆片．将上述圆片放入马弗炉中，在 材料的复合，在实现对太阳能光谱高效利用方面具 900。C空气环境下烧结20h，得到不同Lu3+掺杂 有潜在的应用价值．对于未掺杂的CdO，其载流子 比例的CdO多晶陶瓷样品． 主要来源于Cd间隙位或氧空位形成的施主杂质． 样品的晶体结构由BrukerD8型X射线粉末 适量的稀土元素掺杂可进一步增大CdO的载流子 衍射仪测得．室温载流子浓度和迁移率采用范 浓度，提高其电导率，从而改善CdO作为TCO材 德堡法在ET一9000电输运测量系统上测得．电阻 料的电学性能 [12]．此外，稀土元素掺杂还会调节 率和塞贝克系数采用四点法在LSR-800型热 电 CdO 的塞贝克系数和热导率，影响其热电性能．本 测量系统 (Linseis，Germany)上测得，测试温区为 文研究了不同浓度Lu3+掺杂对CdO陶瓷样品高 300--1000K．热导率 由热扩散系数、比热容 }国家 自然科学基金 (批准号、河北省杰 出青