■  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最新工作：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），最后分别绘制电压、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，可以测得最大的功率（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.

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1、碲化铋： 

2、样品准备与测试数据：

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

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

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

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

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

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

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

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

9. 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

中国科学院物理研究所

昆明理工大学

太原理工大学

......

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）

小型热电转换效率测量系统-Mini-PEM-中文简介.pdf

高性能热电材料/器件性能测量与表征系列