高性能单轴取向Bi2Te2.7Se0.3柔性热电薄膜：为可穿戴电子与物联网供能的新突破

【编辑推荐】本研究通过液相Te辅助成核与二次退火技术，成功制备出(00l)取向的n型Bi2Te2.7Se0.3薄膜，其功率因子(PF)达35.1 μW cm?1 K?2，zT值1.14。基于此构建的10对平面径向柔性热电发电机(f-TEG)实现16.52 μW输出功率，为可穿戴设备与物联网(IoT)提供了高效自供能解决方案。

　　

Highlight

本研究创新性地结合液相Te辅助成核与二次退火工艺，在聚酰亚胺(PI)基底上制备出(00l)取向因子达0.92的n型Bi₂Te_2.7Se_0.3（BTS）多晶薄膜。二次低温退火有效降低了本征反位缺陷，同步优化载流子浓度与迁移率，最终实现320K下35.1 μW cm^?1 K^?2的超高功率因子(PF)和360K时1.14的峰值zT值。

Deposition of BTS thin films

采用梯度磁控溅射法在柔性PI基底上沉积BTS薄膜，薄膜由富Te底层和化学计量比上层构成（图S1）。沉积前对PI基底进行丙酮-乙醇-去离子水超声清洗，使用99.99%纯度的Bi₂Te_2.7Se_0.3和Te靶材。

Microstructure analysis

通过573-723K梯度退火实验发现，近Te熔点的高温退火促进Te梯度分布与晶粒定向生长，而后续低温退火保留(00l)织构的同时修复缺陷。XRD与TEM证实薄膜具有类单晶的取向性（图S3-S4），晶界处大量孪晶与位错有效降低晶格热导率(κ_L)。

Conclusion

该工作通过梯度共溅射与二次退火策略，成功制备出兼具超高(00l)织构与优异热电性能的BTS薄膜。所构建的10对f-TEG在102.9K温差下实现848.01 W m^?2的峰值功率密度，为可穿戴电子与IoT系统提供了革命性的环境能量收集方案。