【引言】
作為一種清潔的基于熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，熱電技術(shù)可以自由地把熱能轉(zhuǎn)換為電能。效率該項(xiàng)技術(shù)可以收集汽車、熱電工業(yè)煉鋼排出的材料材料廢氣，然后轉(zhuǎn)換為可以使用的基于電能。但是效率，目前熱電轉(zhuǎn)換效率卻不高，熱電大約60%的材料材料熱量沒有轉(zhuǎn)換為電能而浪費(fèi)。目前人們對在高溫下轉(zhuǎn)換電能較有興趣，基于而忽視了在較低溫度下的效率富有挑戰(zhàn)性的熱電轉(zhuǎn)換研究。
【研究成果】
近日，熱電中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的材料材料陳立東研究員、史迅研究員、基于柏勝強(qiáng)高級工程師（共同通訊作者）等人率領(lǐng)的效率科研團(tuán)隊(duì)通過添加少量的電子受體（Cd、Cu 、熱電Ag）降低了晶格熱導(dǎo)率、抑制固有激發(fā)態(tài)，成功地提高了Bi2Te3基熱電材料熱電（TE）品質(zhì)因數(shù)至1.0-1.4。熱電性能峰顯著擴(kuò)寬，在180至300°C下，平均品質(zhì)因數(shù)上升至1.0-1.2?；谶@些材料的熱電產(chǎn)生模型顯示熱電轉(zhuǎn)換率提高了6%，與未優(yōu)化的Bi2Te3基熱電材料相比提高了30%。該材料有望在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用，以提高廢熱的熱電轉(zhuǎn)換效率。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：樣品（Bi0.5Sb1.5xMxTe3 (M = Cd, Cu, and Ag)）TE性能表征
（a）窄帶隙半導(dǎo)體中本征激發(fā)的示意圖；
（b）Bi0.5Sb1.5xMxTe3 (M = Cd, Cu, and Ag)的TE圖；c）和d）為制備的TE模塊的圖片；
（e）三個(gè)TE模塊的功率輸出；
（f）三個(gè)TE模塊的能量轉(zhuǎn)換效率。
圖2：樣品對溫度依賴的表征
（a）塞貝克系數(shù)對溫度的依賴關(guān)系；
（b）電導(dǎo)率對對溫度的依賴關(guān)系；
（c）熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率對溫度的依賴關(guān)系；
（d）雙極型熱導(dǎo)率對溫度的依賴關(guān)系。
圖3：樣品的TEM圖
（a） Bi0.5Sb1.5Te3基體的低放大倍數(shù)TEM圖，插圖為電子衍射圖；
（b） Bi0.5Sb1.5Te3基體的高分辨率TEM圖，插圖為快速傅里葉轉(zhuǎn)換圖；
（c） Bi0.5Sb1.49Cd0.01Te3樣品的低放大倍數(shù)TEM圖，插圖為電子衍射圖；
（d） Bi0.5Sb1.49Cd0.01Te3 基體中納米晶的高分辨率TEM圖，插圖為快速傅里葉轉(zhuǎn)換圖；
（e） Bi0.5Sb1.49Cd0.01Te3樣品的高分辨率TEM圖，插圖在白線標(biāo)記區(qū)域，為快速傅里葉轉(zhuǎn)換圖；
（f）為（e）圖中(015) 和 ( 10)面的逆快速傅里葉轉(zhuǎn)換圖。
圖4：溫度與各量的依賴性
（a）計(jì)算的電子濃度與溫度的關(guān)系；
（b）計(jì)算的孔洞的濃度與溫度的關(guān)系；
（c）摻雜了Cd的Bi0.5Sb1.5Te3樣品在300-600K的溫度范圍內(nèi)電子導(dǎo)電率與溫度的關(guān)系；
（d）雙相熱導(dǎo)率與電子導(dǎo)電性的函數(shù)關(guān)系。
【小結(jié)】
熱電材料的熱電轉(zhuǎn)換率是衡量該材料的一個(gè)重要性能參數(shù)，該課題組通過在原有熱電材料的基礎(chǔ)上添加少量的金屬元素（Cd、Cu 、Ag）可以使其成為高效率的熱電材料。
文獻(xiàn)鏈接：High efficiency Bi2Te3-based materials and devices for thermoelectric power generation between 100 and 300 °C（Energ. Environ. Sci.., 2016, DOI: 10.1039/C6EE02017H）
本文由材料人編輯部電子電工學(xué)術(shù)組seeding供稿，材料牛編輯整理。
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