无铅GeTe基合金实现高热电性能：协同掺杂与空位有序化的创新策略

为解决含铅热电材料的环境问题，研究人员通过Mg掺杂协同Sb2Te3/Bi2Te3合金化策略，在无铅GeTe体系中实现创纪录的峰值品质因数ZTmax≈2.7（800 K）和平均ZTavg≈1.6（300-800 K），并构建分段热电器件获得10.5%转换效率，为绿色能源材料开发提供新范式。

　　

在热电材料领域，锗碲(GeTe)基合金因其优异的中温区热电性能备受关注，但传统高性能方案依赖有毒铅元素掺杂。最新研究突破性地通过镁(Mg)掺杂诱导能带收敛(band convergence)，同时引入Sb₂Te₃/Bi₂Te₃构建有序锗空位结构。这种"双管齐下"的策略不仅通过空位散射显著降低晶格热导率，还通过费米能级附近价带简并度调控获得高功率因子。最终在800 K时实现峰值品质因数(figure of merit, ZT)_max≈2.7，300-800 K区间平均ZT_avg≈1.6的突破性性能。基于该材料组装的π型分段热电器件，在474 K温差下实现10.5%的能量转换效率(η_max)和1.22 W·cm^?2的功率密度，为无铅热电材料的实际应用树立了新标杆。