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[本刊訊]北京航空航天大學材料科學與工程學院趙立東教授等利用硒化錫獨有的特殊電子能帶結(jié)構(gòu)和多谷效應(yīng)，大幅提高其在300-773開寬溫區(qū)范圍內(nèi)的熱電性能，硒化錫在新能源領(lǐng)域的實際應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。相關(guān)研究成果2015年11月26日在線發(fā)表于Science。

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種利用半導體材料直接將熱能與電能進行相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)，憑借系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣等特點，受到重點關(guān)注。熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是深空探測器和航天探測器上不可取代的可靠電源，近年來在全球范圍內(nèi)掀起了熱電能源材料的研發(fā)熱潮。熱電轉(zhuǎn)換效率是衡量熱電材料性能的關(guān)鍵指標，它主要取決于材料的性能優(yōu)值ZT，然而實現(xiàn)高熱電優(yōu)值ZT是一個巨大的挑戰(zhàn)。同時從熱電材料研究和應(yīng)用的大趨勢來看，優(yōu)秀的熱電材料還需要兼顧資源儲量和環(huán)境兼容性。

趙立東對候選材料進行了大規(guī)模篩選和對比研究，發(fā)現(xiàn)硒化錫是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膲K體熱電材料，除了儲量豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點外，它還具有比目前最好的中溫區(qū)熱電材料碲化鉛更低的熱導率。但硒化錫在300-773開溫度范圍內(nèi)刀值很低，這一點嚴重限制了其在這一重要溫度區(qū)間的使用。硒化錫具有非常復雜的價帶結(jié)構(gòu)，擁有不同有效質(zhì)量和遷移率的價帶之間能隙很小。趙立東及其合作者利用硒化錫的多帶特點，采用重摻雜移動費米能級成功調(diào)控了硒化錫的導電性和溫差電動勢，使其在中低溫區(qū)的ZT值從0.1-0.9大幅提升至0.7-2.0。如果選取300開和773開分別為低溫端和高溫端，硒化錫作為熱電器件的D型材料搭配同樣性能的n型材料可以產(chǎn)生16.7%的理論發(fā)電效率，這意味著開發(fā)一種同時具備性能優(yōu)異、儲量豐富而且環(huán)境友好的熱電能源溫差發(fā)電材料已成為可能。