【哈工大（深圳）宣】（张倩 温林茂/文 图）近日，哈工大深圳校区前沿学部材料科学与工程学院张倩、毛俊教授团队在热电发电器件领域取得重要突破。团队提出了一种统一接触层设计策略，成功开发出基于碲化钛（TiTe₂）作为界面材料的高性能碲化铅/碲化铋（PbTe/Bi₂Te₃）分段热电器件，实现了器件制备工艺的大幅简化与性能显著提升。相关成果以《用于高性能碲化铅/碲化铋分段热电器件的统一接触层设计》（Unified contact layer design for highly efficient segmented PbTe/Bi₂Te₃ thermoelectric devices）为题发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。

热电器件能够直接将热能转化为电能，在空间特种电源和离网能源系统等领域具有重要应用。热电器件的分段设计通过组合不同温区的材料，可有效拓宽工作温区、提升整体能量转换效率。然而，分段结构引入的多重异质界面问题长期制约其实际应用：界面材料需同时满足热力学稳定性、低接触电阻、热膨胀系数匹配等多重要求，且传统多步焊接工艺复杂，易引入额外界面损耗。

针对上述挑战，张倩、毛俊教授团队通过热力学相图分析与实验筛选，提出采用TiTe₂作为统一接触层材料，用于连接空穴型PbTe与Bi₂Te₃两种热电材料。TiTe₂不仅与这两种材料热膨胀系数匹配，所形成的界面还具有高热力学稳定性和极低的接触电阻。基于此，团队实现了一步放电等离子烧结成型工艺，替代了传统的多步焊接，极大简化了制备流程。

研究团队进一步优化了器件几何结构与界面层设计，制备的分段单臂器件在450开尔文的温差下（ΔT=450 K）实现15.3%的能量转换效率与1.8瓦特每平方厘米（W cm⁻²）的输出功率密度。经50小时服役测试后，器件性能衰减低于2%，表现出优异的稳定性与服役可靠性。将该界面设计应用于电子型PbTe与Bi₂Te₃分段热电臂并开发完整热电模块后，在450开尔文的温差下实现了13.5%的转换效率，充分证明了该工作的可拓展性与应用价值。

哈工大深圳校区为论文第一完成单位。深圳校区硕士研究生温林茂为论文第一作者，博士后尹力为论文共同第一作者，深圳校区张倩教授、毛俊教授和曹峰教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金杰出青年项目、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划等项目的支持。（编辑 谢梁晖 审核 张惠屏 陈南坤）

基于统一接触层材料的分段热电器件设计。（a）钛-铅-碲-铋（Ti-Pb-Te-Bi）相图确定热力学稳定的统一接触层材料；（b）接触电阻与热膨胀系数失配率对比；（c）分段热电臂中的接触电阻测试结果；（d）两对式分段热电模块结构；（e）热电模块几何结构尺寸优化；（f）分段热电模块性能对比