突破性有机热电装置在室温下获取能量

研究人员成功开发出了一种在室温下产生有机热电能的框架，无需温度梯度。

研究人员发明了一种新型有机热电装置，能够从环境温度下获取能量。尽管热电装置已用于各种应用，但仍存在限制其全部潜力的挑战。通过利用有机材料的独特性质，该团队开发了一种无需温度梯度即可在室温下产生热电能的系统。他们的研究成果发表在《自然通讯》上。

热电设备或热电发电机是一系列发电材料，只要存在温度梯度(即设备的一侧热而另一侧冷)，它们就可以将热能转化为电能。此类设备一直是研究和开发的重要焦点，因为它们有可能利用其他发电方法产生的废热。

热电发电机最著名的用途可能是在太空探测器中，例如火星好奇号探测器或旅行者号探测器。这些机器由放射性同位素热电发电机提供动力，放射性同位素产生的热量为热电设备提供温度梯度，为其仪器供电。然而，由于生产成本高、使用危险材料、能源效率低以及需要相对较高的温度等问题，热电设备至今仍未得到充分利用。

新有机方法

“我们正在研究如何制造一种可以从环境温度中获取能量的热电装置。我们的实验室专注于有机化合物的效用和应用，许多有机化合物具有独特的性质，它们可以轻松地在彼​​此之间转移能量，”领导这项研究的九州大学有机光子学和电子学研究中心 (OPERA) 的 Chihaya Adachi 教授解释说。“OLED 或有机太阳能电池就是有机化合物强大功能的一个很好的例子。”

关键是要找到能够很好地充当电荷转移界面的化合物，这意味着它们可以轻松地在彼​​此之间转移电子。在测试了各种材料后，该团队发现了两种可行的化合物：铜酞菁 (CuPc) 和铜十六氟酞菁 (F16CuPc)。

“为了提高这种新界面的热电性能，我们还加入了富勒烯和 BCP，”Adachi 继续说道。“众所周知，它们是电子传输的良好促进剂。将这些化合物加在一起显著提高了设备​​的功率。最后，我们得到了一个优化的设备，其中有 180 nm 的 CuPc 层、320 nm 的 F16CuPc、20 nm 的富勒烯和 20 nm 的 BCP。”

优化后的器件开路电压为384mV，短路电流密度为1.1μA/cm2，最大输出功率为94nW/cm2，且这些结果均在室温下无需采用温度梯度实现。

“热电器件的开发已经取得了长足的进步，我们新提出的有机器件必将推动这一进程，”Adachi 总结道。“我们希望继续研究这种新器件，看看能否用不同的材料进一步优化它。如果我们增加器件面积，我们甚至可能实现更高的电流密度，这对于有机材料来说也是不寻常的。这表明有机材料具有惊人的潜力。”

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