能量转换材料与器件课题组在Cu2Se柔性热电薄膜与器件等研究上取得进展

热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料，在废热回收发电、热电制冷、传感探测等领域具有广泛的应用前景。近期，星空在线,星空在线(中国)能量转换材料与器件课题组分别在P型Cu₂Se柔性热电薄膜与器件、N型InSb热电块体材料研究上取得进展。

Cu₂Se和InSb均为绿色环保的窄带隙二元化合物半导体材料，其中Cu₂Se是一种典型的“电子晶体-声子液体”热电材料，近年来备受科研人员关注。目前关于Cu₂Se热电性能优化的研究多集中在高温快离子β相，而对其低温α相的研究较少。相比于高温β相，工作在近室温区的α相更具应用前景。星空在线,星空在线(中国)能量转换材料与器件课题组李志亮博士、硕士研究生王景玄等人利用脉冲激光沉积技术加原位退火工艺，在PI衬底上获得了高度取向的α-Cu₂Se纯相薄膜，该薄膜室温功率因子PF约为17.6 μW cm^–1K^–2，远优于目前Cu₂Se多晶块体报道的PF值。基于此薄膜，作者设计制作了α-Cu₂Se基柔性热电薄膜器件，在40 K的温差下，该器件输出的最大功率密度高达~10.2 W m^–2，表明α-Cu₂Se在自供电柔性可穿戴电子设备领域具有重要应用前景。相关工作以“Flexible oriented α-Cu₂Se films and devices with remarkable power factor and output power at near-room temperature”为题发表在Materials Today Physics(2023, 31:100994, IF =11.02), 李志亮、王景玄为共同第一作者，王淑芳教授为通讯作者。

在另一项工作中(Materials Today Physics 2022, 27:100818)，他们利用纳米复合策略优化了InSb半导体块体材料的热电性能。InSb在室温下的带隙约为0.18 eV, 电子迁移率高达10⁴-10⁵ cm²V^-1s^-1，具有优良的电学性能。但InSb的热导率较高，制约了其在热电领域的应用。该课题组博士研究生王晴等人将Ag/Pt纳米颗粒引入到N型InSb块体材料中，在不影响其电学性能的前提下，利用纳米颗粒对声子的强烈散射大幅降低了N型InSb的晶格热导率，提升了其热电性能。相比于纯相的InSb，复合2% Ag/Pt纳米颗粒的InSb样品的ZT值提升了近93%，在703 K时达到了0.83，是目前N型InSb热电性能报道的最好结果之一。王晴为该论文的第一作者，李志亮博士和王淑芳教授为通讯作者。

以上工作得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金等项目的资助及物理学院公共测试中心的支持。