有机热电装置可在室温下无温度梯度收集能量

研究人员开发出了一种新型有机热电装置，可以从环境温度中获取能量。尽管热电装置目前有多种用途，但要充分利用它们仍然存在障碍。通过结合有机材料的独特能力，该团队成功开发出一种在室温下无温度梯度热电发电的框架。

热电装置或热电发电机是一系列发电材料，只要存在温度梯度(即装置的一侧热而另一侧冷)，它们就能将热能转化为电能。此类装置已成为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，其中放射性同位素产生的热量为热电设备提供温度梯度，从而为其仪器供电。

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，热电装置目前仍未得到充分利用。

“我们正在研究制造一种可以从环境温度中获取能量的热电装置的方法。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。

“有机化合物的强大威力的一个很好的例子可以在 OLED 或有机太阳能电池中找到。”

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 (F 16 CuPc)。

“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 F 16 CuPc、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。

Adachi 总结道：“热电设备的开发已经取得了长足的进步，我们新提出的有机设备肯定将有助于推动这一进程。”

“我们希望继续研究这种新设备，看看我们能否用不同的材料进一步优化它。如果我们增加设备的面积，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。”