2015年11月26日，《科学》（Science）杂志发表物理系何佳清教授课题组为主要参与者之一的研究成果“Ultra-high power factor and thermoelectric performance in hole doped single crystal SnSe”。该项研究是由北京航空航天大学、美国西北大学、南方科技大学、美国密西根大学和美国加州理工学院携手完成的。

    随着社会的进步，能源和环境成为是新世纪人类面临的最严峻的挑战。热电材料是能够实现热能与电能直接相互转换的新能源材料，在热电制冷和废热发电等方面有着广泛的应用前景，对于提高现有能源利用率和缓解能源危机有重要作用。然而热电材料大规模商业应用面对着成本高效率低的瓶颈，因此，开发利用原料丰富、廉价、低毒的热电材料越来越受到研究者的广泛关注。

    和传统热电材料PbTe相比，SnSe原材料价格相对低廉、储量比较丰富、而且低毒环保，然后，长期以来，由于其多晶热电优值ZT很低而未受到广泛关注。2014年，美国西北大学研究组在Nature上报道了SnSe单晶沿b轴方向具有超低的热导率从而在923K取得极高的ZT峰值2.62，打破了块体热电材料最高值记录，故而在热电领域引起了广泛反响。然而由于本征载流子浓度过低，该材料在中低温区的热电性能并不理想。针对这一问题，在《科学》的文章中， 我们通过调整SnSe的能带结构来调控其的导电性和温差电动势，从而在中低温区使得其热电性能得以大幅提升。其内在机理来源于SnSe非常复杂的价带结构，拥有不同有效质量和迁移率的价带之间能隙很小，当费米能级进入和接近多个价带时可实现多个价带同时参与电传输。其原理可以形象地解释为: 一条高速公路（对应单一价带）上有无数拥挤的车辆，因此车辆行驶的非常缓慢；但如果把同样数量的车辆分配到多条并行得公路后，车不但行驶的快而且在单位路面上通过的车也会曾多。通过这一调控费米能级的方法，使得SnSe的温差电动势获得极大提高，从了导致SnSe材料在中低温区的热电优值ZT得以大幅提升，理论上可以产生大约16.7 %的热电转化效率。何佳清教授课题组也在对SnSe热电材料体系进行更为深入的研究，后续会有更多相关成果整理发表。

  SnSe中的复杂价带结构及其载流子“多通道”协同输运机理

   该工作在南科大的开展得到南科大启动基金、深圳市热电材料重点实验室和广东省自然科学基金重大培育项目的大力支持。

文章链接：http://www.sciencemag.org/content/early/2015/11/24/science.aad3749.abstract