今日Science，北航趙立東教授團隊：廉價環保的高性能熱電材料

【研究背景與成果簡介】

熱電轉換技術是一種利用半導體材料將熱能轉換為電能的技術。這種技術具有系統體積小，可靠性高等優點，成為清潔能源開發中的重要研究課題。然而，目前表現出突出性能的熱電材料（GeTe, PbTe, PbSe, PbS, SnTe, SnSe等）要么含有Ge,Te等昂貴的稀有元素，要么含有高毒性的Pb。因此，開發廉價無毒的高性能的熱電材料對于提升熱電材料的環保特性與應用價值具有重大意義。

今天Science刊登了一篇北航趙立東教授課題組在熱電材料領域的最新進展。該研究創新性的將SnSe 轉向更廉價、無毒并含量豐富的 SnS。并且通過調變電子能帶結構實現了SnS熱電性能的調控與提升。

【圖文簡介】

圖1 SnS_1-xSe_x 晶體的電子傳輸行為的溫度依賴性

圖2 電子能帶結構與溫度的關系圖，理論模擬電子傳輸特性

?

圖3 ARPES表征布里淵區和能帶結構

圖4熱導率與溫度關系

圖5 SnS_0.91Se_0.09 晶體高分辨電鏡圖

圖6 ?ZT 值分析

【小結】

該工作通過溫度梯度法合成出 SnS_1-xSe_x 晶體結構，并實現三個分離電子能帶之間相互作用的控制。Se 的引入實現電子傳輸（μ）和有效質量（m*）兩大參數的同時優化。300 K 時，PF 值從 30 升至 50 mW cm^?1 K^?2; 873 K 時，ZT 最大值和均值分別為 1.6 和 1.25。這種控制策略為優化熱電性能提供了一條不同的途徑。開發高性能SnS晶體是向低成本、地球資源豐富和環境友好型熱電技術邁進的重要一步。

文獻鏈接：High thermoelectric performance in low-cost SnS_0.91Se_0.09crystals, 2019, Science, DOI: 10.1126/science.aax5123.