近日，我校物理與光電工程學(xué)院鄭壯豪研究員課題組在國內(nèi)高水平期刊《Carbon Energy》發(fā)表了題為"Ultra-high thermoelectric properties of p-type Bi_xSb_2-xTe₃thin films with exceptional flexibility for wearable energy harvesting"的研究成果?！禖arbon Energy》2019年入選中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃“高起點(diǎn)新刊”，2022年2023年連續(xù)兩年獲“中國最具國際影響力學(xué)術(shù)期刊”稱號(hào)，中科院期刊分區(qū)大類1區(qū)期刊，2023年影響因子為20.5。我院鄭壯豪研究員為論文第一作者，其指導(dǎo)的碩士生鐘一鳴為第二作者，魏萌博士后與陳躍星助理教授為通訊作者，深圳大學(xué)為第一通訊單位。

成果簡(jiǎn)介

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的迅速發(fā)展，可穿戴設(shè)備在日常生活中的使用越來越重要。然而在一套完整的集成電子系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的電源設(shè)備大多數(shù)都是在剛性半導(dǎo)體芯片上制造的，無法滿足可穿戴設(shè)備向著微型化柔性化的趨勢(shì)。柔性熱電（TE）器件基于塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect），可以實(shí)現(xiàn)熱能與電能的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)更易于集成到可穿戴的設(shè)備中。P型碲化銻（Sb₂Te₃）在室溫下熱電性能優(yōu)異，屬于斜方晶系，是典型的窄帶隙半導(dǎo)體材料。然而，由于Sb₂Te₃獨(dú)特的層狀晶體結(jié)構(gòu)以及較高的電子遷移率，使得材料的塞貝克系數(shù)較低，熱導(dǎo)率較高。熱電材料的性能由材料熱電優(yōu)值ZT決定，解耦電聲輸運(yùn)關(guān)系達(dá)到高功率因子S²σ和低熱導(dǎo)率κ，是獲得高ZT值的關(guān)鍵所在。無機(jī)薄膜是獲得柔性電源極具前途的候選材料，但獲得高性能、高柔韌性的熱電薄膜仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

該工作采用一種新型“熱擴(kuò)散”工藝，設(shè)計(jì)Bi元素對(duì)Sb₂Te₃薄膜進(jìn)行合金化。根據(jù)Sb、Bi原子與Te原子電負(fù)性以及原子半徑的差異，Bi有效替代Sb原子位置，可有低Sb與Te的反位缺陷濃度，使得載流子濃度降低。根據(jù)單拋帶模型理論，塞貝克系數(shù)得到了提高，熱導(dǎo)率中的電子熱導(dǎo)率得到了有效的降低。并且合金化形成的位錯(cuò)等缺陷強(qiáng)化了聲子散射，有效降低了晶格熱導(dǎo)率。最終薄膜在393K溫度下獲得了1.11的高ZT值，同時(shí)具有優(yōu)良的柔韌性（在約5 mm的半徑下彎曲1000次后電阻增加小于5%）。此外，還利用制備的p型Bi_xSb_2-xTe₃和n型Ag₂Se薄膜制造了柔性器件。因此，在25 K的溫差條件下，實(shí)現(xiàn)了~1028 μWcm^-2的出色功率密度。

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目支持。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/cey2.541

（來源 深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院）