近日，151amjs澳金沙门能量转换材料与器件团队在PbX (X=Se, Te)薄膜电热输运协同调控方面取得新进展，相关工作“Record High Power Factor and Low Thermal Conductivity in Amorphous/PbTe/Amorphous Multiple Quantum Wells”和“Constructing of amorphous/PbSe/amorphous multiple quantum wells with record high thermoelectric properties”以河北大学为第一单位分别发表在《Advanced Functional Materials》（DOI:10.1002/adfm.202303981）和《Acta Materialia》（DOI:10.1016/j.actamat.2023.119452），宁兴坤副教授为论文第一作者，王淑芳教授为通讯作者。
半导体热电材料可通过Seebeck效应和Peltier效应实现热能和电能的直接相互转换，在废热/余热回收发电、控温制冷、传感探测等领域具有广泛应用。热电材料的性能通常用无量纲热电优值zT来描述，由于决定材料zT值的热输运和电输运参数彼此关联，很难被独立调控，因此通过传统方法继续提高热电材料的zT值极为困难。低维热电材料，特别是具有量子限域效应的量子阱被认为是解耦电输运和热输运的突破口，有助于优化热电性能。
铅基二元硫族半导体PbX (X=Se, Te)是非常有应用潜力的热电材料，受到研究者的广泛关注。151amjs澳金沙门能量转换材料与器件课题组宁兴坤等人采用脉冲激光沉积技术制备了高质量PbTe/非晶SrTiO3多重量子阱超晶格，研究发现由于量子限域效应，PbTe/非晶SrTiO3多重量子阱超晶格结构在室温下获得了高达40.9 μW cm-1K-2的PF值[Advanced Functional Materials, 2023, 33:2303981]。在另一项工作中，他们利用PbSe替代了PbTe,由于PbSe薄膜具有更好的附着性能，其作为量子阱的厚度可以进一步减小，从而可以显著增加Seebeck系数，PbSe/非晶SrTiO3量子阱超晶格在室温下获得了24.5 μW cm-1K-2的高PF值。同时，通过调控PbSe量子阱的厚度，使其在声子的平均自由程尺度范围内，大幅降低了热导率，成功实现了电输运和热输运参量的解耦[Acta Materialia, 2024, 262:119452]。
以上工作得到了国家自然科学基金项目、河北大学创新团队项目及151amjs澳金沙门公共测试中心的资助和大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202303981
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119452
