近日，深圳先進電子材料國際創新研究院（下稱“電子材料院”）在熱電材料領域取得重要進展，相關成果發表于頂級期刊Nature Communications上（2022, 13:7738）。
為了實現全球碳排放目標，低碳技術越來越收到科學界和工業界的關注。熱電（Thermoelectric，TE）技術通過利用塞貝克效應，將低品位熱能回收并直接轉化為電能，并避免了移動部件和排放問題，是一種環保的解決方案。要將該技術推廣到實際工業應用中，關鍵是提高TE器件的能量轉換效率（η）。然而，半休氏勒（Half-Heusler）器件中不良的電極鍵合會導致熱損傷和巨大的效率損失，從而限制了其在高溫場景下的實際應用。
在此背景下，電子材料院劉睿恒研究員團隊與中國科學院上海硅酸鹽研究所陳立東、柏勝強、黃健團隊合作，通過一種熱力學策略來篩選阻擋層元素，成功開發出了一種可行的解決方案以提高高溫Half-Heusler熱電器件的能量轉換效率。實驗發現，VIIB族元素與Half-Heusler之間的界面反應能幾乎為0，并且該界面在1073 K時具有很高的熱穩定性，使模塊能夠在高達1100K的高溫下穩定工作，釋放Half-Heusler的峰值性能。同時Half-Heusler與Cr金屬之間形成的非共格無序界面消除了半導體-金屬間的肖特基勢壘，從而實現了理想的歐姆接觸。通過該策略，可將Half-Heusler單級和Half-Heusler/Bi2Te3分段模塊的能量轉換效率分別提高至11.1%和13.3%，這也為其他電子器件的封裝互連設計提供了啟示。
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科學院上海硅酸鹽研究所在讀博士研究生邢云飛。這項工作得到了國家重點研發計劃（No.2019YFE0103500）、國家自然科學基金委員會（No.U2141208）、上海市科學技術委員會（No.22ZR1471400）、中國科學院青年創新促進會（No.2019253）的大力支持。
供稿：戰略研究辦公室
審核：肖彬、劉睿恒