协同材料-界面工程：提升PbSe热电模块的性能

《Advanced Materials》：Synergistic Material-Interface Engineering: Unlocking Superior Performance in PbSe Thermoelectric Modules

采用无碲铅硒（Te-free PbSe）材料，通过晶体生长、两步成分优化及多层界面工程，有效抑制晶格热导率并保持高载流子迁移率，使功率因子达≈37.5 μW cm?1 K?1，热电性能ZT值在300 K时≈0.6，773 K时峰值≈1.3。替换镍接触为镁镍铜多层结构，将界面电阻降低超过一倍。基于这些创新，设计的分段腿部在300–773 K平均ZT值超过1.0，转换效率达≈9.5%，7对模块可实现最大冷却温差≈63.2 K。结果表明，PbSe作为低成本替代材料，在宽温域热电发电和固态冷却领域具有高竞争力。

　　

摘要

碲（Te）的稀缺性严重限制了先进热电技术的大规模应用。本文展示了不含碲的PbSe作为一种经济高效的替代材料，通过晶体生长、两步成分优化和多层界面工程技术，可用于发电和固态冷却。少量的碲合金化（<1%）有效降低了晶格热导率，同时保持了高载流子迁移率；随后添加微量的铋（<0.2‰）在不降低载流子迁移率的情况下优化了载流子浓度，使得热电性能优异：在300 K时的热电势（ZT）约为37.5 μW cm^?1 K^?2，在773 K时的峰值ZT约为1.3。此外，用MgNi+Cu多层结构替代传统的Ni接触层可将界面电阻率降低一半以上。得益于这些改进，一个在300–773 K范围内平均ZT超过1.0的分段热电元件实现了约9.5%的转换效率；而一个由7对热电元件组成的模块可产生约63.2 K的最大冷却温差。这些结果表明，PbSe是一种经济高效且在宽工作温度范围内具有竞争力的高性能热电发电和固态冷却材料。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。