近日，我校物理与光电工程学院郑壮豪研究员课题组在国内高水平期刊《太阳城app 主题教育》发表了题为"Ultra-high thermoelectric properties of p-type BixSb2-xTe3thin films with exceptional flexibility for wearable energy harvesting"的研究成果。《太阳城app 主题教育》2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2022年2023年连续两年获“中国最具国际影响力学术期刊”称号，中科院期刊分区大类1区期刊，2023年影响因子为20.5。我院郑壮豪研究员为论文第一作者，其指导的硕士生钟一鸣为第二作者，魏萌博士后与陈跃星助理教授为通讯作者，深圳大学为第一通讯单位。
成果简介
随着移动互联网时代的迅速发展，可穿戴设备在日常生活中的使用越来越重要。然而在一套完整的集成电子系统中，传统的电源设备大多数都是在刚性半导体芯片上制造的，无法满足可穿戴设备向着微型化柔性化的趋势。柔性热电（TE）器件基于塞贝克效应（Seebeck effect），可以实现热能与电能的相互转换，同时更易于集成到可穿戴的设备中。P型碲化锑（Sb2Te3）在室温下热电性能优异，属于斜方晶系，是典型的窄带隙半导体材料。然而，由于Sb2Te3独特的层状晶体结构以及较高的电子迁移率，使得材料的塞贝克系数较低，热导率较高。热电材料的性能由材料热电优值ZT决定，解耦电声输运关系达到高功率因子S2σ和低热导率κ，是获得高ZT值的关键所在。无机薄膜是获得柔性电源极具前途的候选材料，但获得高性能、高柔韧性的热电薄膜仍然是一个巨大的挑战。
该工作采用一种新型“热扩散”工艺，设计Bi元素对Sb2Te3薄膜进行合金化。根据Sb、Bi原子与Te原子电负性以及原子半径的差异，Bi有效替代Sb原子位置，可有低Sb与Te的反位缺陷浓度，使得载流子浓度降低。根据单抛带模型理论，塞贝克系数得到了提高，热导率中的电子热导率得到了有效的降低。并且合金化形成的位错等缺陷强化了声子散射，有效降低了晶格热导率。最终薄膜在393K温度下获得了1.11的高ZT值，同时具有优良的柔韧性（在约5 mm的半径下弯曲1000次后电阻增加小于5%）。此外，还利用制备的p型BixSb2-xTe3和n型Ag2Se薄膜制造了柔性器件。因此，在25 K的温差条件下，实现了~1028 μWcm-2的出色功率密度。
研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金杰出青年基金、深圳市科技计划等项目支持。论文链接：http://doi.org/10.1002/cey2.541
（来源 深圳大学物理与光电工程学院）
