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半导体学报(英文)2026年第5期——中文导读:19-20
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研究论文
19 拉伸应变不敏感薄膜热电发电机的实验与仿真研究
随着可穿戴电子、柔性传感器和自供电系统的快速发展，如何将人体以及环境中的热能高效转化为电能，已成为当前新能源领域的重要研究方向。热电发电机（TEG）能够直接将热能转化为电能，无需复杂机械结构，具有体积小、可靠性高、无噪声等优点，在废热回收、智能穿戴等领域展现出广阔应用前景。其中，薄膜热电发电机因其轻薄、柔性好、易于集成等优势，成为近年来研究热点。然而，在实际应用中，器件往往会受到弯曲、扭转和双轴拉伸等复杂形变影响，容易出现电极开裂、热电层失效和输出波动等问题，这也成为柔性热电器件走向实际应用的重要瓶颈。
近日，北京理工大学沈国震、史迎利研究团队与中国特种设备检测研究院赵召团队合作，开展了对拉伸应变不敏感薄膜热电发电机的实验与仿真研究。该器件采用p型BST和n型BTS热电薄膜，并结合蛇形电极、PI基底和柔性Ecoflex基底，构建出具有良好形变适应能力的结构。实验结果表明，该器件在双轴拉伸的条件下仍能稳定工作；更重要的是，在超过20%拉伸应变范围内，其输出电压几乎保持不变，显示出优异的抗拉伸性能。研究团队还利用COMSOL建立了三维仿真模型，系统分析了环境条件、材料参数和几何结构对输出性能的影响。研究结果表明，降低基底和Ecoflex的热导率、减薄基底厚度、适当增加热电腿长度、并使器件内半径尽量接近热源半径，都能有效提高输出电压。
拉伸应变不敏感薄膜热电发电机有望用于智能穿戴设备和复杂机械环境中的能源供给。特别是在背部、肩肘等人体运动导致持续形变的区域，这类热电器件更具实用价值。
图1.（a） 热电发电机的设计与制备，在（b）平直、（c）拉伸、（d）弯曲和（e）扭转状态下的器件形态。
图2.（a）23%拉伸应变下的热电发电机；（b）位移分布；（c）温度分布；（d）电压分布；（e）在10 K温差条件下不同拉伸应变下仿真与实验结果的电压对比。
该文章以题为“Experimental and simulated studies on thin-film thermoelectric generator insensitive to tensile strain”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
Experimental and simulated studies on thin-film thermoelectric generator insensitive to tensile strain
Yanlong Li, Hao Sun, Zhao Zhao, Yingli Shi, Guozhen Shen
J. Semicond. 2026, 47(5): 052601 doi: 10.1088/1674-4926/2511002120 通过双功能分子工程协同调控缺陷与应力实现高效稳定CsPbI3钙钛矿太阳电池
钙钛矿太阳电池凭借优异光电性能，成为新一代光伏技术的核心研究方向，光电转换效率已实现大幅突破。但传统有机−无机杂化钙钛矿中有机阳离子易在光、热、湿度等环境下分解挥发，稳定性不足成为商业化应用的关键瓶颈。全无机铯铅碘（CsPbI3）钙钛矿以全无机组分彻底解决有机组分不稳定性难题，同时具备合适光学带隙（~1.7 eV）、高吸光系数与优良载流子输运性能，是制备高效稳定光伏器件的理想材料。然而，溶液法制备CsPbI3薄膜过程中，结晶速率过快、晶界缺陷密集，且薄膜与基底热膨胀系数不匹配，会产生高浓度缺陷与有害残余拉应力。这类缺陷会引发严重非辐射复合，残余应力则加速薄膜老化、降低器件寿命，二者协同作用导致CsPbI3电池效率与稳定性难以满足实际需求。尽管现有添加剂工程可实现部分缺陷钝化，但缺陷与应力协同调控的研究仍十分匮乏，成为制约全无机钙钛矿发展的核心难题。
近日，华北电力大学姚建曦教授团队引入苯磺酸铵（ABS）作为双功能添加剂，调控结晶过程以钝化缺陷、调控残余应力。ABS的磺酸根基团与低配位Pb2+配位，铵根基团与碘离子形成氢键，其分子结构在晶界处桥连相邻[PbI6]4−八面体。这种双重作用有效提升结晶度、抑制非辐射复合、增强结构稳定性。研究表明，ABS修饰的CsPbI3钙钛矿太阳能电池在标准光照下光电转换效率（PCE）达21.21%，室内照明条件下效率高达40.85%。未封装器件在25℃、相对湿度5%的环境中存放800小时后，仍能保持91%的初始效率，远优于未修饰器件的72%保持率。同时，ABS添加剂显著释放薄膜残余拉应力，将应力值从27.6 MPa降至6.2 MPa，从缺陷与应力双维度提升器件性能与稳定性。
该工作通过分子工程实现缺陷与应力协同调控，为高效稳定无机钙钛矿光伏器件的开发提供了全新思路，对推动无机钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有重要意义。
该文章以题为“Defect and stress co-management via bifunctional molecular engineering for high-efficiency and stable CsPbI3 perovskite solar cells”发表在Journal of Semiconductors上。
文章信息：
Defect and stress co-management via bifunctional molecular engineering for high-efficiency and stable CsPbI3 perovskite solar cells
Huifang Han, Jia Xu, Jianxi Yao
J. Semicond. 2026, 47(5): 052801 doi: 10.1088/1674-4926/25120041
https://blog.sciencenet.cn/blog-3406013-1537833.html
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