李彩云 何文科 王东洋 张潇† 赵立东‡

1) (北京航空航天大学材料科学与工程学院, 北京 100191)

2) (北京航空航天大学杭州创新研究院, 杭州 310056)

(2021 年8 月5 日收到; 2021 年8 月25 日收到修改稿)

1 引 言

发展新能源材料是应对日趋严重的能源危机和缓解传统能源利用不充分而导致环境污染问题的重要策略之一. 近年来, 基于热电材料封装而成的热电器件因其具备体积小、温差大、无运动部件等一系列在特定领域不可替代的优点, 而受到研究者的广泛青睐[1]. 热电材料是一种利用其内部载流子的微观运动实现热能与电能相互转换的新型能源材料, 其发电或制冷效率由无量纲热电优值ZT=S2σT/κtot来衡量, 其中σ是电导率,S是Seebeck 系数,T是绝对温度,κtot是总热导率[2-7]. 因此, 性能优异的热电材料应具有良好的电传输性能(功率因子, PF =S2σ)和低的热导率(κtot). 但是, 热电参数之间存在复杂的耦合关系, 使得采用单一的调控手段很难实现ZT值的优化. 于是, 寻找具有本征性能优异(如高功率因子[8]和低热导率[9]的热电材料[10,11]成为研究者们探寻的热点.

SnSe 是一种成本低廉、地球储量丰富的IV-VI族半导体, 近几年一系列的研究表明, 该材料具备诸多利于实现优异热电性能的关键要素. 具体有,强非简谐效应导致的本征低热导率[12]、多价带传输特性具备显著提升其电传输性能的潜力[10]以及面外方向“三维电荷/二维声子”传输特性, 这些特性使得其具有极其优异的热电性能[13]. 最近该材料还被报道具有巨大的电子制冷……