Advanced Electronic Materials: 有机异质结在分子、薄膜和杂化体系中的基础热电性能研究

作为一种新型、环保、绿色的能源,热电材料能够实现热能与电能之间的直接转换和利用。但是目前热电转换效率仍然较低。究其原因,一个好的热电材料要求同时拥有高的电导率、塞贝克系数和低的热导率,而这三者往往是不可兼得的。因此研究高电导、低热导的热电材料一直是科研人员的奋斗目标。异质结结构能够通过界面效应,起到分别调控电输运和热输运的效果,因此异质结结构成为研究热电性能的绝佳体系之一。

近日,田纳西大学胡斌教授与华中科技大学徐凌副教授联合撰写了有机异质结热电性能研究的综述。在该综述中,作者分别讨论了有机分子异质结,薄膜异质结以及杂化异质结在当前热电研究中的进展。以有机薄膜异质结为例,作者阐述了促进电输运同时抑制热传输的机制。有机薄膜具有较低的本征热导,同时薄膜之间组分晶格失配以及声子在界面散射作用,使得有机薄膜异质结具有很低的热导。在电输运方面,作者讨论了调控电输运的因素:1.薄膜各组分之间功函数匹配;2.高介电常数材料诱导极化场影响输运;3.界面偶极和表面极化效应。传统热电材料驱动力主要是由于温度梯度下载流子扩散(即熵差),在文章中作者阐述了在垂直薄膜体系中存在除传统熵差的额外驱动力:温度诱导的界面极化效应。基于此效应,可以同时提高薄膜电导率和塞贝克系数,为实现两者之间解耦合提供了新的思路。

在这篇综述中作者总结了利用界面调控热电性能的手段和机理。同时指出了当前有机异质结热电研究面临的问题与挑战。为后续研究有机/复合体系热电材料与器件提供了新的思路。相关结果发表在Advanced Electronic Materials上(https://doi.org/10.1002/aelm.201800877)。