■  通过缺陷结构的调控优化GeTe基材料的热电性能

清华大学李敬锋课题组通过在碲化锗（GeTe）中构建原子尺度的点缺陷、纳米尺度的位错和电畴以及微观尺度的晶界等结构，显著降低了晶格热导率；同时，通过高维缺陷的构建有效弱化载流子散射，提升电输运性能。由于热导率和电学性能的综合调控，材料的zT值超过了2.3，且在300 K-798 K的温度范围内获得了1.56的平均ZT值，优于其他无铅掺杂的GeTe基热电材料。使用该材料制备的单臂热电器件，优化后的最高转换效率可达11%。相关工作以《Evolution of defect structures leading to high ZT in GeTe-based thermoelectric materials》为题发表于《nature communications》上^[1]

Bi_xGe_0.97–xTe-723 及 Bi_xGe_0.97–xTe-873 的热电优值zT与温度的关系（a）；Bi_xGe_0.97–xTe-873与其他工作中GeTe基热电材料的平均热电优值zT的对比（b）；单腿器件的发电量（c）、热电转换效率（d）与温度的关系

本工作中，材料的高温电输运性能（塞贝克系数S及电导率σ）使用日本Advance Riko公司生产的塞贝克系数/电阻测量系统ZEM-3测得；器件的发电量及热电转换效率使用日本Advance Riko公司生产的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM测得。

参考文献：

[1] Jiang, Y., Dong, J., Zhuang, HL. et al. Evolution of defect structures leading to high ZT in GeTe-based thermoelectric materials. Nat Commun 13, 6087 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-33774-z

■  使用Mini-PEM测量多晶碲化铋单腿器件在不同温差下的热电转换效率

清华大学李敬锋老师课题组新工作：使用Mini-PEM测量多晶碲化铋单腿器件在不同温差下的热电转换效率；该工作中材料的塞贝克系数与电阻率使用ZEM-3测得。（https://doi.org/10.1002/adfm.202009681）

■  热电材料的性能评价

近日，来自日本产业技术研究所（AIST）的科研人员使用日本ADVANCERIKO公司的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM评价了Bi₂Te₃合金的热电性能。科研人员使用掺杂了Sb或Se的Bi₂Te₃合金制备了如图1的单偶热电器件来测量热电转换效率。

图1a Mini-PEM样品单元示意图

图1b Bi₂Te₃合金单偶热电器件

当热端温度为50℃、100℃、150℃、200℃和220℃时，分别测量各个温度下冷却循环水的进口温度与出口温度，待温度稳定再后进行电学测量（Voltage/Current），后分别绘制电压、输出功率、热流量和热电转换效率与电流关系的曲线。（图2）

图2 电压、输出功率、热流量和热电转换效率与电流的关系曲线

科研人员还使用了同样是日本ADVANCERIKO公司产品的塞贝克系数/电阻测量系统ZEM-3和激光热导仪分别测量了材料（来自同一批次热压法制备的Bi₂Te₃合金）的热电转换参数（电阻率、热导率、塞贝克系数和热电优值ZT），结果见图3。

图3 材料的热电参数：电阻率（a）、热导率（b）、塞贝克系数（c）和热电优值（ZT）

由以上测量结果可以得知，电压、功率、热流量和热电转换效率均与电流相关。当温度差增加时，以上各项均增大。热流量是通过测量冷却循环水的进出口温度计算得到的。当热端温度为220℃时，可以测得大的功率（0.14W）和热电转换效率（3.1%）。

参考文献：

[1]  XIAOKAI HU, KAZUO NAGASE, PRIYANKA JOOD, MICHIHIRO OHTA, and ATSUSHI YAMAMOTO. Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 44, No. 6, 2015.

更多应用案例，请您致电 010-85120280 或 写信 info@qd-china.com 获取。

1、碲化铋： 

2、样品准备与测试数据：

1.Y. Jiang et al. / Nature Communications (2022) 13: 6087 

2.B. Qin et al. / Science 10.1126/science.abi8668 (2021) 

3.H. Zhuang et al. / Adv. Funct. Mater. 2021, 2009681 

4.B. Cai et al. / Nano Energy 85 (2021) 106040 

5.X. Hu et al. / Measurement 171 (2021) 108846 

6.P. Ying et al. / Nature Communications (2021) 12: 1121 

7.P. Jood et al. / J. Mater. Chem. A, 2020,8, 13024-13037 

8.Z. Ge et al. / Chemical Engineering Journal 2020, 126407 

9.X. Hu et al. / Journal of Electronic Materials Volume 44, pages 1785–1790 

10.Y. Takagiwa et al. / ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 43, 48804–48810

国内用户

清华大学

南方科技大学

昆明理工大学

太原理工大学

中国科学院物理研究所

中国科学院上海硅酸盐研究所

......

国外用户

东京大学（日本）

东京理科大学

日本产业技术总和研究所（AIST）

莱布尼茨材料研究所（德国）

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高性能热电材料/器件性能测量与表征系列