[发明专利]一种适用于宽温域的印刷碲化铋薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种适用于宽温域的印刷碲化铋薄膜及其制备方法，首先制得碲纳米焊料，再将其掺杂制备碲化铋印刷浆料，最后将所述印刷浆料在衬底上进行印刷后处理，使得最终制得的印刷碲化铋薄膜颗粒长大界面桥连，孔隙率降低，成功建立了载流子输运通路，有效提升了印刷薄膜的电子迁移率。利用碲化铋薄膜掺杂技术能够有效控制薄膜中的点缺陷，优化载流子浓度，同时实现了印刷薄膜中载流子输运通路的构筑和缺陷的调控，使得印刷碲化铋薄膜在较宽的温度范围内具有优异的电输运性能及热电性能。本发明所述印刷碲化铋薄膜应用于热电转换中，能够实现在273‑478K的大温差范围内的稳定输出。

技术领域

本发明属于碲化铋薄膜技术领域，具体涉及一种适用于宽温域的印刷碲化 铋薄膜及其制备方法。

背景技术

随着器件市场化与轻质化的迅速发展，迫切要求开发高性能的热电薄膜与 器件以及低成本规模化的制备技术。对于碲化铋基热电薄膜材料及器件的研究 主体集中在设备操作复杂、成本高的磁控溅射、热蒸发、分子束外延等高精密 制备手段上，而关于具有低能耗、低成本优势的传统印刷制备技术的研究尚不 成熟。

印刷薄膜的热电性能差，尤其是电输运性能较差严重制约着丝网印刷热电 器件应用，这主要是由于印刷薄膜中溶剂与有机物的热蒸发使得结晶性差致密 度低所致。另外，学者认为，研究在宽温度范围内具有优异热电性能的热电材 料是促进热发电应用的重要条件。因此，在较宽的温度范围内优化印刷薄膜的 电输运性能具有重要意义且至今尚未见报道。

丝网印刷制备的热电薄膜性能低下，严重制约着印刷薄膜及器件的理论研 究和热电转换应用。如何实现“缺陷控制”与“微结构调控”对热电性能的协同增 强效应，是发展高性能的碲化铋基热电薄膜材料的关键。其技术关键是如何利 用可控印刷手段实现高性能热电薄膜的制备，难点在于如何实现印刷薄膜内孔 洞与界面的填充或连接，以提高材料的致密度，建立载流子输运通道。目前， 研究者采用碲气氛烧结、高温热压烧结等方法进行优化印刷薄膜的热电性能， 但是难以实现宽温度范围的应用。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种适用于宽温域的印 刷碲化铋薄膜及其制备方法。本发明所述方法操作简便，成本低。经该方法制 得的碲化铋薄膜，在较宽的温度范围内具有优异热电性能，这将极大地促进印 刷在热电能源转换中的应用。

本发明所采用的技术方案为：

一种适用于宽温域的印刷碲化铋薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)碲纳米焊料的制备

将碲粉置于硫醇二胺共溶液中，充分搅拌至完全溶解形成一种深紫色溶液； 之后向所述深紫色溶液中加入不良溶剂进行沉降，分离出沉淀即得碲纳米焊料；

(2)印刷浆料的制备

将功能相碲化铋粉、有机粘结剂、分散剂、溶剂和步骤(1)所述碲纳米焊 料充分混合均匀，制得印刷浆料；

(3)衬底处理

将衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、乙醇、丙酮中进行超声清洗，得 到预处理后的衬底；

(4)在预处理后的衬底上印刷碲化铋薄膜

利用所述印刷浆料在预处理后的衬底上进行印刷制得碲化铋薄膜，将所述 碲化铋薄膜依次进行干燥、烧结后，即得所述适用于宽温域的碲化铋薄膜。

步骤(1)中，所述碲粉与所述硫醇二胺共溶液的质量体积比为1g:(6-22) mL；所述碲粉与所述不良溶剂的质量体积比为1g:(40-70)mL。

步骤(1)中，所述硫醇二胺共溶液为硫醇与二胺按照体积比1:(2-10)组 成的混合溶液；所述硫醇为乙硫醇、乙二硫醇、丙二硫醇、丁二硫醇中的一种 或几种的混合物；所述二胺为乙二胺和/或丙二胺；