东京工业大学物质理工学院材料系的研究生He Xinyi、该校科学技术创成研究院前沿材料研究所的片濑贵义副教授和神谷利夫教授，以及该校元素战略研究中心的细野秀雄荣誉教授等人组成的研究团队，通过向硒化锡（SnSe）多晶中添加碲（Te）进行烧制的简单工序，成功地将热电转换效率ZT提高了30倍。
图1：高性能热电材料应具备高电导率，高温差电动势和低热导率。（供图：东京工业大学）
热电转换作为一种将废热重新变成电能资源的技术而受到关注，其中硒化锡作为高性能热电转换的候选材料备受期待，但为了利用实用的多晶实现高性能，存在需要复杂的制造工序的问题。研究团队发现，只需在SnSe多晶中添加Se2-和同价的Te2-制作出固溶体“Sn（Se、Te）”，即可同时实现高电导率和低热导率。
研究团队还通过量子计算明确了其中的机理，SnSe晶体的Se被大尺寸的Te置换后，形成键合力较弱的Sn-Te键，当Sn与Te的键断裂，Sn被自然释放，从而形成了承担导电的空穴。研究人员由此发现，电导率提高了10倍，而且弱Sn-Te键可以抑制热传导，将热导率降至三分之一。与SnSe相比，ZT最终增加了30倍。
这表明，通过在SnSe中添加Te，可以同时实现高电导率和低热导率，而且能大幅提高ZT。
片濑副教授表示：“材料的特性强烈依赖于构成元素和晶体的结构，添加其他元素可以大幅改变其特性，由此开发出优异材料的可能性是无限存在的。今后将充分利用最尖端的计算机模拟，以打破传统常识的新思路设计材料，以实现更高性能的热电材料。”
【词注】
■热电转换：向导电金属等导体和部分半导体施加热能，通过形成温差使其产生电压，并从中提取电能的技术。
■固溶体：两种以上不同化学成分的物质整体均匀混合，形成单相化合物的固体。
【论文信息】
杂志：Advanced Science
论文：Degenerated hole doping and ultra-low lattice thermal conductivity in polycrystalline SnSe by nonequilibrium isovalent Te substitution
DOI :10.1002/advs.202105958
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
