研究人員在熱電器件轉(zhuǎn)換效率與功率密度上取得重大突破

　　長期以來，熱電器件的研究聚焦在如器件能量轉(zhuǎn)換效率的最大化，而功率密度一直被忽略。開發(fā)同時具有高轉(zhuǎn)換效率和高功率密度，即：“雙高”熱電發(fā)電器件，已成為推進(jìn)熱電發(fā)電技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵。
　　最近，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳立東研究員、柏勝強(qiáng)正高級工程師團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)朱鐵軍教授合作，提出了由“器件設(shè)計(jì)”指導(dǎo)“材料優(yōu)化”的反向設(shè)計(jì)策略，利用“功率因子優(yōu)先”和“熱導(dǎo)率匹配”準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)了器件的“雙高”性能。

　　基于該策略，通過有限仿真模擬提出了雙高器件所需的n型和p型半赫斯勒材料最佳匹配的熱導(dǎo)率和功率因子范圍。
　　根據(jù)這一結(jié)果，通過調(diào)節(jié)n型材料的載流子濃度，獲得了最佳的功率因子以及與p型材料匹配的熱導(dǎo)率。在未使用最高zT值熱電材料的條件下，器件在溫差為680K時最大轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.5%，最大功率密度達(dá)到3.1Wcm-2，同時打破了單級熱電器件轉(zhuǎn)換效率與功率密度的記錄。
　　中國科學(xué)院上海硅酸鹽所官方消息顯示，反向設(shè)計(jì)策略改變了傳統(tǒng)單一追求高zT值和高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料和器件的研究思路，為可實(shí)用化高性能熱電器件的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了新途徑，可推廣應(yīng)用于其他熱電材料體系。
　　目前，該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會的資助和支持。