韩国团队开发关键n型热电半导体技术 通过回收利用汽车废热来发电

盖世汽车讯 据外媒报道，韩国研究团队开发出碲化铋（Bi-Te）基热电材料（其中含有人工形成的原子层面缺陷），并提出一种改良其性能的解决方案，以利用浪费的热能。这种半导体技术可应用于热电发电机，通过回收来自工业和运输部门（工厂、汽车和船舶发动机等）的低于200℃的余热来产生电力。热电发电机是p型和n型半导体的组合，可以可逆地将温度差转化为电能，反之亦然。

（图片来源：韩国材料科学研究所）

截至目前，相关研究一直集中于改善由铋和碲组成的p型热电材料的性能。另一方面，由于难于控制成分和微结构，含硒n型热电半导体的性能改善缓慢，据称这是热电技术商业化的阻碍。

该研究团队重点关注n型热电半导体，这种半导体可以决定热电发电机的性能，并取得了突破。关键在于掺杂材料和制造工艺。相关研究发表在期刊《应用材料与界面（ACS Applied Materials & Interfaces）》上。

掺杂材料是为提高半导体的导电性而添加的元素。该团队认识到，在p型碲化铋中使用锑作为掺杂材料可能实现最佳性能，因此开发出结合锑（Sb）而不是硒的n型材料，硒（Se）通常用作n型碲化铋的掺杂材料。

该团队在制备n型热电材料的过程中还开发了一种方法，以人工诱导形成“原子缺陷”（可促进电子形成）和位错网络（一种传热介质，可分散晶格声子的转移），从而提高电导率，降低热导率。该技术采用粉末冶金路线，将其放入模具中加热，然后进行烧结，从而轻松制造具有设计形状和尺寸的热电材料。

通过这种技术开发的n型热电半导体，清晰地表现出热电设备所需的热学和电学性能，例如电导率增加了一倍多，同时降低热导率。特别是，该团队开发的热电技术具有卓越的能量转换性能，并且易于实现材料组合，有望在室温下应用于回收大约200℃的热量，包括人体热量。

热电发动机市场以8.2%的年复合增长率发展，预计到2029年全球市场规模将达到11.8亿美元。目前，该团队正与LIVINGCARE公司合作开发热电工厂。此外，该团队还在与韩国现代汽车（Hyundai Motor）的蔚山工厂合作进行发电系统的基础研究，以回收铸造模具产生的废热。

研究负责人Kyung Tae Kim博士表示：“这项研究为解决n型热电半导体的性能控制问题奠定了基础，而这一直是回收200℃以下各种废热的障碍。其意义在于利用传统粉末冶金技术开发出原子层面缺陷可控的纳米结构热电材料技术。”