同时具有高转换效率和高功率密度（“双高”）的热电器件在发电应用中具有极高的需求量。而传统的热电器件的研究主要集中在实现其高转换效率上，而对功率密度往往直接忽视。

近日，中科院上硅所陈立东研究员，柏胜强高级工程师基于功率因数优先原则和热匹配准则，报道了一种将热电模块的高转换效率和超高功率密度相结合的器件到材料策略，而不是只追求最高的zT值（zT = S²σT/κ，其中S，σ，T和κ分别为塞贝克系数，电导率，绝对温度和热导率。）。

文章要点

1）P型和n型的导热系数匹配准则可以协调同一A_p/A_n处的η_max和ω_max峰（η: 转换效率，ω:功率密度）。通过构建和集成，实现了双高HH模块。

2）具有Sb掺杂浓度的Zr_0.5Hf_0.5NiSn_0.97Sb_0.03被确定为最佳的n型热电材料，其热导率与目前最先进的p型Nb_0.86Hf_0.14FeSb相近。

3）研究人员在全参数仿真模型的辅助下，制造了结构参数经优化的8对组件，在温差为680 K的条件下，同时获得了3.1 W cm²的记录功率密度和10.5%的转换效率。

这种双高策略有望满足不同要求的实际应用，从而极大地促进热电发电的广泛应用。

Xing et al., A Device-to-Material Strategy Guiding the ‘‘Double-High’’ Thermoelectric Module, Joule (2020)

DOI：10.1016/j.joule.2020.08.009

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.08.009