CN112670395A - 一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及其制备，该热电单腿器件以Ag作为电极，SnTe作为扩散屏蔽层与热电半导体(Ge_1‑xCu_2xTe)_1‑y(PbSe)_y组成，其表达式用Ag/SnTe/(Ge_1‑xCu_2xTe)_1‑y(PbSe)_y/SnTe/Ag表示。与现有技术相比，本发明的热电单腿器件具有制备简单，转换效率高等特点，是目前700K温差以下的最高值之一，即使是与传统的低温废热商业发电片碲化铋器件也具有可比性，此外，其不同温差下的高转换效率也能解决非稳态热源带来的输出不稳定，保持较稳定的输出。

Description

一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及 其制备

技术领域

本发明属于热电材料及器件技术领域，涉及一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及其制备。

背景技术

热电半导体材料的泽贝克效应可将热电材料冷热端温差直接转换成电能。基于该原理的热电发电器件结构简单，布局紧凑，无转动/传动部件和工作流质，可长期静态工作，普遍被认为是一种生态友好、可持续的能源危机有效解决方案，在深空探测、特种电源和余废热发电领域具有广阔的应用前景。热电材料的热电性可用无量纲热电优值zT来衡量，zT＝S²T/ρκ，(T为绝对温度，S是泽贝克系数，ρ是电阻率，κ是热导率，由电子热导率κ_E和晶格热导率κ_L两部分组成)。热电优值zT与温度相关，因此不同体系的热电材料所对应的温度区间不同，如低温区的碲化铋，中温区的TAGS，碲化铅，填充方钴矿等，高温区的硅锗合金以及一些氧化物热电材料。

热电器件高转换效率的实现对热电性能具有强依赖性关系，高的zT是实现高转换效率的重要前提。本工作单腿器件使用的p型半导体材料是通过在GeTe中同时固溶Cu₂Te和PbSe优化载流子浓度，并且PbSe固溶在阴阳离子同时引入杂质离子，弱化化学键，增强声子散射，实现了晶格热导率的大幅度降低，在工作温区获得了较高的峰值zT和平均zT。GeTe的衍生物TAGS是航空事业中p型热电材料的长期选择，但是对于其他GeTe合金的热电器件研究较少，特别是现有的GeTe合金已经具有比TGAS更优异的热电性能。追溯源头，这种只关注GeTe的材料性能而忽略其器件性能的研究很大程度上来源于GeTe具有的位移性相变，担心这种相变会影响器件的稳定性以及寿命。但在已有研究中，不管是TAGS还是其他GeTe合金中均发现这种相变过程中GeTe的晶体结构是连续变化的，对其性能影响较小，陈等人的研究表明，GeTe单腿器件在400次的循环测试中依旧保持较高的输出功率。目前，关于GeTe基的热电器件的报道依旧很少，尤其是具有较高的热电转换效率，能够充分展现GeTe基材料高热电性能的器件研究。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其化学组成表示为Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y/SnTe/Ag，其中，x＝0.02，0.1≤y≤0.2；该热电单腿器件由热电半导体材料，以及分别依次复合于热电半导体材料两侧的扩散屏蔽层和电极组成，其中，Ag为电极，SnTe为扩散屏蔽层，(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y为热电半导体材料。

进一步的，电极Ag的厚度为0.5-1.0mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.1～0.3mm，热电半导体材料的厚度为4～6mm。更进一步的，电极Ag的厚度为0.6mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.2mm，热电半导体材料的厚度为5mm。

进一步的，其尺寸为(1-3)mm×(1-3)mm×(5-7)mm，优选为2mm×2mm×6.6mm。

进一步的，x＝0.02，y＝0.1～0.2，该组成范围内具有较高的热电性能。

更进一步的，x＝0.02，y＝0.12，该组分下的GeTe基热电材料具有最优热电性能，即该GeTe基热电材料能够实现热电优值zT及平均zT最高。

本发明中所采用的热电半导体材料(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y在不同的固溶含量下均具有优异的热电性能(其热电优值zT在600-800K达到2.5，工作温度平均zT大于1.5)，能够增强工业中材料生产的容错率。使用SnTe作为电极材料Ag和热电材料GeTe之间的扩散屏蔽层能够有效阻挡Ag在GeTe中的扩散，同时还具有较小的界面电阻率，是实现高输出功率和转换效率的重要因素。这种结构组合在热电单腿中实现了较高的转换效率。

本发明的技术方案之二提供了一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，将电极Ag、扩散屏蔽层SnTe与热电半导体材料(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y按顺序一步热压成型，即得到目的产物热电单腿器件。

进一步的，该制备方法具体包括以下步骤：

(1)热压模具装样：

称取Ag粉末、SnTe粉末、热电半导体材料粉末，按照热电单腿器件组成结构分层装入石墨模具中并压实；

(2)一步热压制样：

将装样后的石墨模具置于真空热压设备中，进行一步热压制样，即得到圆柱样品；

(3)切割成型：

对圆柱样品进行切割，得到目标尺寸的热电单腿器件，即为目的产物。

更进一步的，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40～50MPa下，以每分钟100～150℃的速率升温至425～475℃并保温60-90分钟。更优选的，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40MPa下，以升温速率150℃升温至450℃并保温60分钟。

更进一步的，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35-0.45mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，以每分钟200～260转的速率切割，调节样品台上升速度0.1～0.5mm/min，并用切削油降温，对圆柱样品进行切割。更优选的，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，线切割转速为260r/min，样品台上升速度为0.1mm/min。

更进一步的，所得热电单腿器件的两端还分别与导流片焊接，其中，高温端使用钎焊或银浆与导流片连接，低温端使用钎焊或焊锡与导流片连接，所述导流片为铜片或银片。更优选的，高温端使用银浆与导流片连接，低温端使用焊锡与导流片连接；导流片选用铜片。

进一步的，步骤(2)中所述的真空的绝对真空度均不大于10^-1Pa。

进一步的，所使用的粉末粒度为200目。

本发明选用目前热电性能最优的GeTe基合金作为p型热电材料，使用SnTe作为扩散屏蔽层，Ag作为电极，使用一步热压法得到p型单腿器件。(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y由于具有极高(甚至是创纪录)的热电性能而被作为热电材料，SnTe作为扩散屏蔽层层具有较好的电接触，其界面电阻率<10μΩ·cm²，对器件的输出功率和转换效率影响较小，Ag具有优异的导电性，作为电极对器件内阻的增加可以忽略不记。这种优异的结构组成，使该GeTe基热电单腿在温差为440K时实现了14％的转换效率以及22kW/m²的功率密度，是目前温差在700K以下的最优值。同时，由于(Ge_0.98Cu_0.04Te)_0.88(PbSe)_0.12在较宽温区都具备优异的热电性能，即使使用在600K以下的低品位热源也能够实现10％的转换效率，是取代商业碲化铋基材料作为低品位废热回收的重要选择之一。更进一步，该热电材料在组分上具有高的容错率，不同的PbSe含量都展现了优异的热电性能，为工业生产带来便利。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)现有热电器件的研究所选用的热电材料在性能上较弱，高的热电性能是获得高转换效率，相比于传统热电材料的选择更倾向于峰值zT,而本发明选用具有高平均zT的GeTe基合金(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y作为热电材料，其在工作温度区间内平均zT>1.5，是目前最优值之一。此外，本发明选用SnTe作为扩散屏蔽层，Ag作为电极，有效阻止电极与热电材料之间的扩散作用，同时具有较低的界面电阻率，是目前传统热电材料在器件研究方面实现的最小界面电阻率之一。

(2)现有热电器件难以同时实现高的转换效率和高的输出功率密度，本发明通过优化界面电阻率，选用优异热电性能的材料，减小额外因素对输出功率和转换效率的影响，最后在温差为440K时实现了14％的转换效率和22kW/m²的输出功率密度，该转换效率是目前温差在700K以下热电器件实现的最优值。此外，即使是在低品位废热温区，该单腿器件实现的转换效率与传统商业碲化铋基热电器件可比。具有高转换效率的GeTe基热电单腿器件的研制成功，能够在不稳定废热热源回收展现不可取代的地位。

附图说明

图1为单腿器件输出功率及转换效率测试原理示意图；

图2为单腿器件输出功率及转换效率测试原理实拍图以及扩散屏蔽层界面处的SEM及EDS扫描图谱；

图3为单腿器件扩散层界面的界面接触电阻率以及四探针测试界面电阻的原理示意图；

图4为Ag/SnTe/(Ge_0.98Cu_0.04Te)_0.88(PbSe)_0.12的界面接触电阻率(ρ_c)与文献中所报道值的对比；

图5为不同温度梯度下单腿热电器件的负载电压(V)，输出功率(P)，转换效率(η)以及功率密度(P_d)和回路电流(I)之间的关系；

图6为不同温度梯度下热电单腿器件的内阻(R_in)变化；

图7为不同温度梯度下最大转换效率(η_max)以及与文献中器件数据的对比；

图8为器件在温差为300K和440K时的负载电压(V)，输出功率(P)，热流(Q_out)以及转换效率(η)的寿命测试。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，热电半导体材料(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y的制备过程具体如下：(一)以纯度大于99.99％的单质元素单质原料Ge、Cu、Pb、Se和Te按(Ge_{1- x}Cu_2xTe)_1-y(PbSe)_y合金中的化学计量比称量进行配料，并真空封装在石英管中，其中x＝0.02，0≤y≤0.25，且y分别具体选择为0.1、0.12、0.15、0.18、0.2；

(二)将放置原料的石英管悬挂于立式高温炉中，以每小时150～200℃的速率缓慢升温至900～1000℃，并保温8～10小时，之后快速淬火冷却得到第一铸锭(即熔融铸锭)；本实施例的该步骤选择以每小时200℃的速率缓慢升温至950℃，并在950℃下保温8小时。

(三)对步骤(二)得到的高温熔融淬火后的第一铸锭进行热处理，以每小时150～200℃的速率缓慢升温至600～650℃，保温2～4天，之后快速淬火冷却得到第二铸锭(即退火铸锭)；本实施例的该步骤选择以每小时200℃的速率缓慢升温至600℃，保温2天。

(四)将步骤(三)中获得的退火铸锭研磨成粉末，使用真空热压设备进行制样，得到直径12mm，厚度1.5mm的圆片即为具有创纪录高热电性能的新型碲化锗基热电材料，上述制样的工艺条件为：在压力为60～70MPa,以每分钟100～150℃的速率升温至525～575℃保温30～50min，本实施例中选择压力为65MPa，升温速率150℃至550℃保温40分钟。

另外，负载电压(V)，输出功率(P)，热流(Q_out),转换效率(η),功率密度(P_d),回路电流(I),内阻(R_in),界面接触电阻率(ρ_c)等采用本领域常规测量方法即可得到。

而其余如无特别说明的原料或处理技术，则表明其均为本领域的常规市售原料或常规处理技术。

本发明的技术方案之一提供了一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其化学组成表示为Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y/SnTe/Ag，其中，x＝0.02，0.1≤y≤0.2；该热电单腿器件由热电半导体材料，以及分别依次复合于热电半导体材料两侧的扩散屏蔽层和电极组成，其中，Ag为电极，SnTe为扩散屏蔽层，(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y为热电半导体材料。

在一种具体的实施方式中，电极Ag的厚度为0.5-1.0mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.1～0.3mm，热电半导体材料的厚度为4～6mm。更进一步的，电极Ag的厚度为0.6mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.2mm，热电半导体材料的厚度为5mm。

在一种具体的实施方式中，其尺寸为(1-3)mm×(1-3)mm×(5-7)mm，优选为2mm×2mm×6.6mm。

在一种具体的实施方式中，x＝0.02，y＝0.1～0.2，该组成范围内具有较高的热电性能。更具体的实施方式中，x＝0.02，y＝0.12，该组分下的GeTe基热电材料具有最优热电性能，即该GeTe基热电材料能够实现热电优值zT及平均zT最高。

本发明的技术方案之二提供了一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，将电极Ag、扩散屏蔽层SnTe与热电半导体材料(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y按顺序一步热压成型，即得到目的产物热电单腿器件。

在一种具体的实施方式中，该制备方法具体包括以下步骤：

(1)热压模具装样：

称取Ag粉末、SnTe粉末、热电半导体材料粉末，按照热电单腿器件组成结构分层装入石墨模具中并压实；

(2)一步热压制样：

将装样后的石墨模具置于真空热压设备中，进行一步热压制样，即得到圆柱样品；

(3)切割成型：

对圆柱样品进行切割，得到目标尺寸的热电单腿器件，即为目的产物。

更具体的实施方式中，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40～50MPa下，以每分钟100～150℃的速率升温至425～475℃并保温60-90分钟。更优选的，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40MPa下，以升温速率150℃升温至450℃并保温60分钟。

更具体的实施方式中，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35-0.45mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，以每分钟200～260转的速率切割，调节样品台上升速度0.1～0.5mm/min，并用切削油降温，对圆柱样品进行切割。更优选的，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，线切割转速为260r/min，样品台上升速度为0.1mm/min。

更具体的实施方式中，所得热电单腿器件的两端还分别与导流片焊接，其中，高温端使用钎焊或银浆与导流片连接，低温端使用钎焊或焊锡与导流片连接，所述导流片为铜片或银片。更优选的，高温端使用银浆与导流片连接，低温端使用焊锡与导流片连接；导流片选用铜片。

在一种具体的实施方式中，步骤(2)中所述的真空的绝对真空度均不大于10^-1Pa。

在一种具体的实施方式中，所使用的粉末粒度为200目。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其结构组成可以表示为Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y/SnTe/Ag(h_Ag,h_SnTe,h_GeTe-based)，其中，x＝0.02,0.1≤y≤0.2(本实施例中选取为0.12)，h_Ag(即电极Ag的厚度)＝0.5-1mm，h_SnTe(即SnTe的厚度)＝0.1-0.3mm,h_GeTe-based(即热电半导体材料)＝4-6mm，其制备方法包括以下步骤：

(1)按体积×密度计算出质量称取Ag粉末、SnTe粉末、热电材料粉末，所要求的粉末质量为：Ag质量0.5g(满足每层电极Ag的厚度为0.6mm)，SnTe扩散屏蔽层0.1g(满足每层厚度为0.2mm)，热电材料(Ge_0.98Cu_0.04Te)_0.88(PbSe)_0.12的质量为2.75g(满足其厚度为5mm)，按顺序装入石墨模具中并压实；

(2)将步骤(1)装样后的石墨模具使用真空热压设备进行一步热压制样，其中工艺条件为：压力为40MPa，升温速率150℃至450℃保温60分钟，得到直径为10mm，厚度为6.6mm的圆柱样品。

(3)将步骤(2)一步热压制样中所得圆柱样品使用线切割机进行切割，其中切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，线切割转速为260r/min，样品台上升速度为0.1mm/min，并用切削油降温，最终得到尺寸为2×2×6.6mm³单腿。

(4)将步骤(3)经过线切割所得的单腿与导流片焊接，其中导流片焊接的工艺条件为：高温端使用银浆与导流片连接，低温端使用焊锡与导流片连接；导流片选用铜片，保证良好的电接触。

图1、图2展现了热电单腿器件的输出功率和转换效率测试原理的示意图和实拍图，该装置能够准确测试单腿器件的性能。Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y/SnTe/Ag的界面微观结构如图2所示，SEM图片显示了Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y具有明显的界面，进一步的EDS图谱也证明元素没有明显扩散现象。如图3所示，使用四探针法测试得到该界面的界面接触电阻约为0.2mΩ，其界面接触电阻率约为8μΩ·cm²，图4展现了不同文献中所报道的界面接触电阻率，本发明使用的Ag/SnTe/(Ge_0.98Cu_0.04Te)_0.88PbSe)_0.12的界面接触电阻率属于较小值，能够减小界面电阻对器件输出功率和转换效率的影响；

图5是该热电单腿器件的性能测试，揭示了单腿热电器件的负载电压(V)，输出功率(P)，转换效率(η)以及功率密度(P_d)和回路电流(I)之间的关系。如图5a所示，随着回路电流的增加，负载电压逐渐减小，主要是由于在温差一定的情况下，回路电流的增加是由于减小了负载电阻的阻值，故而负载电压减小，同时，电压值会随着温差的增加而增加；图5b显示的输出功率与回路电流之间的关系与负载电压不同，输出功率会随着回路电流的增加达到一个峰值，然后降低，该峰值一般出现在负载电阻与器件内阻相等的情况下，同时，温差越大，输出功率也会越大；在温差不变的情况下，单腿器件的热电转换效率会随着电流的增加先变大会减小，但是由于焦耳热和帕尔贴效应，其峰值并不会出现在内外电阻相等的情况；图5d为不同温差下的输出功率密度，该发明在温差为440K时实现了22kW/m2的高功率密度。

不同温差下热电单腿器件的内阻如图6所示，内阻随温差的增加而增加，主要是因为热电材料的平均电阻率会随着温差变大而增加。

不同温差下热电单腿器件的最大转换效率与文献中其他器件的最大转换效率对比图如图7，在温差为440K时该热电单腿实现了14％的转换效率，是目前温差低于700K下的最高值。同时，即使在温差低于300K的低品位废热回收温区，该热电单腿依旧展现了与传统低温碲化铋基热电器件可比的高转换效率，其在不同温区所保持的高转换效率，有望在非稳态废热热源上得以应用，能够保持较稳定的输出功率以及转换效率。

此外，单腿器件具有热稳定较好，在温差为300K和440K下进行保温测试，温差为300K时其输出功率与转换效率基本不变，即使是在440K温差时，较长时间保温测试后输出功率以及转换效率也只有少量降低，说明该器件的使用寿命较长。

图8显示了本发明所用的不同成分(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y热电半导体材料的泽贝克系数，电阻率，总热导率，晶格热导率以及热电优值zT与温度之间的依赖关系。泽贝克系数和电阻率随温度变化的趋势主要是因为碲化锗的禁带宽度较小，温度升高会导致双极效应的发生，使泽贝克系数和电阻率降低。总热导率主要是由电子热导率和晶格热导率组成，PbSe的固溶量增加会导致晶格热导率和载流子浓度下降，故而总热导率下降。这种通过缺陷调控技术所获得的热电性能的增加，在较宽组分范围内(y＝0.1～0.2)都展现了优异的热电性能,增加了工业生产的容错率。

实施例2

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例步骤(1)中选择电极层Ag的厚度为0.8mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.1mm，热电材料厚度为6mm。

实施例3

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例步骤(2)中选择以每分钟100℃的速率升温至450℃，并保温45分钟。

实施例4

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例步骤(4)中导流体选择使用银片。

实施例5

与实施例1相比，绝大部分都相同，除了本实施例步骤(4)中低温端使用焊锡与导流体焊接，高温端使用Ag-Zn钎焊料与导流体焊接。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其特征在于，其化学组成表示为Ag/SnTe/(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y/SnTe/Ag，其中，x＝0.02，0.1≤y≤0.2；该热电单腿器件由热电半导体材料，以及分别依次复合于热电半导体材料两侧的扩散屏蔽层和电极组成，其中，Ag为电极，SnTe为扩散屏蔽层，(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y为热电半导体材料。

2.根据权利要求1所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其特征在于，电极Ag的厚度为0.5-1.0mm，扩散屏蔽层SnTe的厚度为0.1～0.3mm，热电半导体材料的厚度为4～6mm。

3.根据权利要求1所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件，其特征在于，其尺寸为(1-3)mm×(1-3)mm×(5-7)mm。

4.如权利要求1-3任一所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，将电极Ag、扩散屏蔽层SnTe与热电半导体材料(Ge_1-xCu_2xTe)_1-y(PbSe)_y按顺序一步热压成型，即得到目的产物热电单腿器件。

5.根据权利要求4所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)热压模具装样：

称取Ag粉末、SnTe粉末、热电半导体材料粉末，按照热电单腿器件组成结构分层装入石墨模具中并压实；

(2)一步热压制样：

将装样后的石墨模具置于真空热压设备中，进行一步热压制样，即得到圆柱样品；

(3)切割成型：

对圆柱样品进行切割，得到目标尺寸的热电单腿器件，即为目的产物。

6.根据权利要求5所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40～50MPa下，以每分钟100～150℃的速率升温至425～475℃并保温60-90分钟。

7.根据权利要求6所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，一步热压制样的工艺条件为：在压力40MPa下，以升温速率150℃升温至450℃并保温60分钟。

8.根据权利要求5所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35-0.45mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，以每分钟200～260转的速率切割，调节样品台上升速度0.1～0.5mm/min，并用切削油降温，对圆柱样品进行切割。

9.根据权利要求8所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，切割制样的工艺条件为：利用线径为0.35mm的金刚石切割线对圆柱样品进行切割，线切割转速为260r/min，样品台上升速度为0.1mm/min。

10.根据权利要求5所述的一种具有高转换效率和功率密度的碲化锗基热电单腿器件的制备方法，其特征在于，所得热电单腿器件的两端还分别与导流片焊接，其中，高温端使用钎焊或银浆与导流片连接，低温端使用钎焊或焊锡与导流片连接，所述导流片为铜片或银片。

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