作为精密温控领域的技术，热电制冷凭借无机械运动、低噪声、快响应、易微型化等优势，成为航空航天、高端电子、精密传感等场景的关键温控方案。目前全 球商用热电制冷设备长期依赖碲化铋（Bi?Te?）材料体系，但碲元素资源稀缺、材料力学性能薄弱、器件稳定性不足等痛点，始终制约着高端制冷仪器设备的小型化、低功耗、规模化发展。近日，北京航空航天大学赵立东教授团队取得关键性技术突破，成功研发出高性能全硒化铅（PbSe）基热电制冷器件，彻底摆脱对稀缺碲材的依赖。
相较于传统碲化铋材料，PbSe具备天然的产业化优势。硒元素地壳丰度是碲元素的50倍，可大幅降低原材料成本，同时其本征立方相晶体结构，赋予材料更优异的断裂韧性与抗压强度，解决了碲化铋脆性大、易损耗、界面稳定性差的行业难题。此前该团队已实现n型PbSe制冷材料的技术突破，但性能匹配的p型PbSe材料缺失，一直是制约全PbSe同质制冷器件落地的技术壁垒。
针对这一行业痛点，研究团队创新提出痕量元素栅格设计策略，通过梯度微量铬（Cr）掺杂技术，在单一PbSe材料体系中，精准制备出0.001 Cr掺杂p型与0.005 Cr掺杂n型高性能晶体。该技术可精准调控载流子传输特性，实现两类材料成分与塞贝克系数的高度匹配，从材料层面攻克了同质器件制备的难题，为高性能、高稳定性制冷器件研发筑牢基础。
在器件工艺优化层面，团队同步完成结构与界面的双重升级。采用全PbSe同质结构设计，有效规避异质器件热膨胀系数不匹配的问题，显著提升设备服役稳定性；通过磁控溅射工艺制备镍基合金接触层，大幅降低器件接触电阻，减少焦耳热损耗，实现制冷功耗的精准管控。材料设计与工艺优化的深度协同，终研制出超薄型全PbSe基热电制冷器件。
性能测试数据显示，该新型器件实现全方位技术超越：室温制冷量密度达6 W/cm2，是商用碲化铋器件的3倍；单位制冷功耗大幅降低，仅为传统器件的0.4倍，制冷系数可达21，热端363 K工况下制冷温差达53 K。同时，优异的力学性能让器件兼顾高制冷效率与长期可靠性，完美适配高端仪器设备的严苛运行需求。
此次技术革新打通了无碲热电制冷材料的产业化关键环节，构建了低成本、高性能、高稳定的全新制冷技术体系。相较于传统制冷方案，全PbSe制冷器件更适配微型化、高、低功耗的温控场景，可广泛应用于航空航天精密设备、高端芯片、精密传感器等领域。该成果不仅打破了国外传统热电制冷材料的技术垄断，也为我国高端精密温控仪器的国产化、规模化升级提供了全新技术路径，具备极高的科研价值与产业落地前景。