热电能源转换材料
发布时间：2022-03-15
信息来源：北京市科技成果信息系统
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发布时间：2022-03-15
信息来源：北京市科技成果信息系统
- 载流子;芯片;热电能源转换材料
基本信息
所属科技项目名称：北京市自然科学基金杰出青年项目
项目主管部门：北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
科技成果信息
科技成果名称：热电能源转换材料
关键词：热电能源转换材料
科技成果类型：原始创新
科技成果所处阶段：实验室研究
科技成果应用领域：电力、热力、燃气及水生产和供应业
科技成果简介：
本研究提出了一种开发新型高效热电材料的新策略-可在大禁带宽度、层状晶体结构和低对称性的晶体中筛选新型宽温域高效热电材料，为热电材料与器件的发展提出了新理念和新方向。并在此新策略的指导下，本研究发现了SnSe晶体的多个价带在动量空间和能量空间的对齐效应，引起了载流子迁移率和有效质量之间的协同优化。最终，在P型Sn0.91Pb0.09Se晶体中获得了~ 75 μW cm-1 K-2（300 K）的超高功率因子PF。由于固溶导致的晶格热导率降低，最终在样品中获得了300 K下即超过1.2的ZT值和全温区300-773 K内高达1.9的平均ZT值。基于所得高性能的P型SnSe样品，本研究首次进行了基于晶体材料的热电器件的搭建，并表征了所得器件的热电发电和制冷性能。在210度左右的温差下，基于P型SnSe晶体的热电器件能够实现约4.4%的热电转换效率，这一数值与现如今已经实现商业化应用的碲化铋基热电器件相当；同时，该器件能够实现约45.7度的最大制冷温差，这一数值能够达到商用碲化铋器件的70%。同时，SnSe基材料相比于传统商用碲化铋基材料，具有成本低、储量丰富、重量小等优势，具有十分重要的商用器件替代性和实际应用价值，尤其是对于包含芯片在内的微型电子器件等“卡脖子”领域，其有望实现更好的芯片制冷和温度控制效果以及更高的社会价值和经济效益。
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