Alto rendimiento termoeléctrico de SnTe tipo p a través de una banda de ingeniería sinérgica y un enfoque de...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Física del estado sólido Física del estado sólido
• Conversión de energía Conversión de energía.

Sus antecedentes:

• El tellururo de estaño (SnTe) es una alternativa sin plomo al tellururo de plomo (PbTe) para aplicaciones termoeléctricas.
• Sin embargo, el pobre rendimiento termoeléctrico de SnTe se debe a la alta concentración de agujeros de las vacantes de Sn y a la alta conductividad eléctrica / térmica.

Objetivo del estudio:

• Para superar las limitaciones de SnTe y desarrollarlo en un material termoeléctrico eficiente para la generación de energía.
• Para investigar los efectos de la autocompensación de Sn, la aleación de Cd y los precipitados a nanoescala en las propiedades termoeléctricas de SnTe.

Principales métodos:

• Se utilizó la autocompensación de Sn para reducir las vacantes de Sn y la densidad del portador de agujero.
• Se mezcló cadmio (Cd) para diseñar la estructura de la banda electrónica, mejorando el coeficiente de Seebeck y la brecha de banda.
• Se introdujeron precipitados en nanoescala de CdS o ZnS endotaxial para reducir la conductividad térmica de la red.

Principales resultados:

• Una autocompensación de 3 mol % Sn mejoró la cifra de mérito (ZT) en un 50%.
• La aleación de Cd en SnCd ((0.03) Te mejoró el coeficiente de Seebeck y dio como resultado valores de ZT de ~0.96 a 823 K.
• La nanoestructuración con precipitados de CdS y ZnS produjo valores máximos de ZT de ~1.3 y ~1.1 a 873 K, respectivamente.

Conclusiones:

• Los materiales basados en SnTe se pueden optimizar en excelentes termoeléctricos a través del diseño estratégico de materiales.
• La combinación de la autocompensación de Sn, la aleación de Cd y la nanoestructuración ofrece una ruta viable para la generación de energía termoeléctrica a alta temperatura.
• Estos hallazgos posicionan los materiales basados en SnTe como posibles sustitutos de los calogenuros de plomo de tipo p.