Realización de termoeléctricos GeTe de tipo n y p: modulación de la estructura electrónica mediante aleación de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Física de la materia condensada

Sus antecedentes:

• El desarrollo de materiales termoeléctricos compatibles de tipo n y p es crucial para las aplicaciones de los dispositivos.
• El tellururo de germanio de tipo P (GeTe) muestra un rendimiento excelente, pero carece de una contraparte compatible de tipo n debido a las vacantes intrínsecas de germanio.
• Los materiales GeTe de tipo n existentes sufren limitaciones de rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un material termoeléctrico compatible con el telururo de germanio de tipo n (GeTe).
• Investigar la evolución de las propiedades estructurales y electrónicas de las aleaciones de GeTe con selenuro de bismuto de plata (AgBiSe2).
• Explorar el potencial de estas aleaciones para aplicaciones termoeléctricas a temperatura media.

Principales métodos:

• Aleación de AgBiSe2 con GeTe para formar compuestos (GeTe) 100-x ((AgBiSe2) x.
• Análisis estructural mediante difracción de rayos X en polvo de sincrotrón y calorimetría de barrido diferencial.
• Caracterización de las propiedades electrónicas, incluidas las mediciones del coeficiente de Seebeck y de la conductividad eléctrica.
• Los cálculos teóricos funcionales de densidad (DFT) de los primeros principios.

Principales resultados:

• Se produjo una transformación estructural de la fase romboédrica a la fase cúbica en (GeTe) 100-x(AgBiSe2) x para x ≥ 25.
• Se observó una transición simultánea de las propiedades de transporte electrónico de tipo p a tipo n con el aumento de la concentración de AgBiSe2.
• La fase cúbica de tipo n exhibe una brecha de banda de ~ 0,25 eV y una conductividad térmica de celosía ultra baja (0,3 0,6 W/mK).
• El valor térmico máximo (zT) alcanzó ~ 1,3 para el tipo p (GeTe) 80 ((AgBiSe2) 20) y ~ 0,6 para el tipo n (GeTe) 50 ((AgBiSe2) 50 en el rango de temperatura medio.

Conclusiones:

• La aleación de GeTe con AgBiSe2 suprime efectivamente las vacantes de germanio e induce una transición a propiedades termoeléctricas de tipo n.
• La fase cúbica de tipo n resultante demuestra un potencial termoeléctrico prometedor debido a sus propiedades favorables de transporte electrónico y térmico.
• Este estudio presenta una estrategia viable para el desarrollo de materiales termoeléctricos de alto rendimiento basados en GeTe de tipo n para aplicaciones a temperatura media.