近日，深圳先進(jìn)電子材料國(guó)際創(chuàng)新研究院（下稱“電子材料院”）在熱電材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于頂級(jí)期刊Nature Communications上（2022, 13:7738）。
為了實(shí)現(xiàn)全球碳排放目標(biāo)，低碳技術(shù)越來(lái)越收到科學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注。熱電（Thermoelectric，TE）技術(shù)通過(guò)利用塞貝克效應(yīng)，將低品位熱能回收并直接轉(zhuǎn)化為電能，并避免了移動(dòng)部件和排放問(wèn)題，是一種環(huán)保的解決方案。要將該技術(shù)推廣到實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，關(guān)鍵是提高TE器件的能量轉(zhuǎn)換效率（η）。然而，半休氏勒（Half-Heusler）器件中不良的電極鍵合會(huì)導(dǎo)致熱損傷和巨大的效率損失，從而限制了其在高溫場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用。
在此背景下，電子材料院劉睿恒研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳立東、柏勝?gòu)?qiáng)、黃健團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)一種熱力學(xué)策略來(lái)篩選阻擋層元素，成功開(kāi)發(fā)出了一種可行的解決方案以提高高溫Half-Heusler熱電器件的能量轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，VIIB族元素與Half-Heusler之間的界面反應(yīng)能幾乎為0，并且該界面在1073 K時(shí)具有很高的熱穩(wěn)定性，使模塊能夠在高達(dá)1100K的高溫下穩(wěn)定工作，釋放Half-Heusler的峰值性能。同時(shí)Half-Heusler與Cr金屬之間形成的非共格無(wú)序界面消除了半導(dǎo)體-金屬間的肖特基勢(shì)壘，從而實(shí)現(xiàn)了理想的歐姆接觸。通過(guò)該策略，可將Half-Heusler單級(jí)和Half-Heusler/Bi2Te3分段模塊的能量轉(zhuǎn)換效率分別提高至11.1%和13.3%，這也為其他電子器件的封裝互連設(shè)計(jì)提供了啟示。
該研究論文的第一作者為電子材料院劉睿恒研究員，共同第一作者為中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所在讀博士研究生邢云飛。這項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2019YFE0103500）、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（No.U2141208）、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（No.22ZR1471400）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（No.2019253）的大力支持。
供稿：戰(zhàn)略研究辦公室
審核：肖彬、劉睿恒