近日，尊龙凯时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《Carbon Energy》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。《Carbon Energy》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學術期刊”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，尊龙凯时为第一通讯单位。
成果簡介
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）在室溫下熱電性能優異，屬于斜方晶系，是典型的窄帶隙半導體材料。然而，由于Sb2Te3獨特的層狀晶體結構以及較高的電子遷移率，使得材料的塞貝克系數較低，熱導率較高。熱電材料的性能由材料熱電優值ZT決定，解耦電聲輸運關系達到高功率因子S2σ和低熱導率κ，是獲得高ZT值的關鍵所在。無機薄膜是獲得柔性電源極具前途的候選材料，但獲得高性能、高柔韌性的熱電薄膜仍然是一個巨大的挑戰。
該工作采用一種新型“熱擴散”工藝，設計Bi元素對Sb2Te3薄膜進行合金化。根據Sb、Bi原子與Te原子電負性以及原子半徑的差異，Bi有效替代Sb原子位置，可有低Sb與Te的反位缺陷濃度，使得載流子濃度降低。根據單抛帶模型理論，塞貝克系數得到了提高，熱導率中的電子熱導率得到了有效的降低。並且合金化形成的位錯等缺陷強化了聲子散射，有效降低了晶格熱導率。最終薄膜在393K溫度下獲得了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學基金面上项目、广东省自然科學基金杰出青年基金、深圳市科技计划等项目支持。论文链接：https://doi.org/10.1002/cey2.541
（来源 尊龙凯时物理与光电工程学院）
