热电发电器件:研究进展与未来挑战

Image热电发电技术是一种利用半导体材料的Seebeck效应实现热能与电能之间相互转换的新能源技术。热电发电器件是热电发电技术的核心,它具有可靠性高、无机械运动、体积小、重量轻、无噪音、无污染等突出优点,在工业余热二次利用、汽车尾气废热发电以及空间特殊电源等领域具有广阔的应用前景。近年来,热电发电器件的研究取得了显著进展,器件性能的不断提升加快了热电发电技术走向大规模应用的步伐。目前,碲化铋基热电发电器件是低温区(25-250 ℃)性能最好的发电器件,并已在多个领域获得应用;中温区(100-550 ℃)的方钴矿基热电发电器件具有突出的发电性能,并且原料无毒、制备方法成熟,有望推向市场化。

中国科学院上海硅酸盐研究所陈立东研究员及其团队成员与美国密歇根大学Uher教授在Advanced Engineering Materials期刊的一篇综述文章中,对近年来热电发电技术的发展进行了较为全面的总结,并从转换效率和服役行为两方面指出该技术在大规模应用上存在的瓶颈。文章报道了热电发电器件的设计原理、制备方法和测试技术,并以碲化铋基和方钴矿基热电发电器件为例,对热电器件的制备进行了详细的论述,其中包括电极的选择、扩散阻挡层的设计与优化、保护涂层的制备以及发电器件的性能评价方法等。在此基础上,作者进一步指出了热电发电器件面临的挑战并对其未来的发展方向提出了建议。