Generación de energía y refrigeración termoeléctrica habilitadas por alineamientos multibanda de momento y energía

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Conversión de energía

Sus antecedentes:

• Los materiales termoeléctricos son cruciales para la conversión de energía térmica y eléctrica, encontrando aplicaciones en la generación de energía y la refrigeración.
• Muchos materiales termoeléctricos existentes poseen espacios de banda estrechos, lo que limita su eficacia, especialmente en aplicaciones de refrigeración.

Objetivo del estudio:

• Diseñar materiales termoeléctricos de banda ancha con propiedades mejoradas para aplicaciones de refrigeración.
• Investigar el impacto de la aleación de plomo (Pb) en el rendimiento termoeléctrico de los cristales de selenuro de estaño (SnSe).

Principales métodos:

• Síntesis de cristales de SnSe con aleación controlada de Pb.
• Caracterización de la estructura cristalina, la estructura de la banda electrónica y las propiedades termoeléctricas (factor de potencia, figura de mérito ZT).
• Fabricación y ensayo de un dispositivo termoeléctrico para evaluar la eficiencia de generación de energía y el rendimiento de refrigeración.

Principales resultados:

• Se desarrollaron cristales de SnSe con un amplio espacio de banda (por ejemplo, 33 kBT) a través de la aleación de Pb.
• Logró un factor de potencia ultraalto de aproximadamente 75 μW cm−1 K−2 a 300 K debido a las alineaciones multibanda de momento y energía.
• Obtuvo una cifra media de mérito (ZT) de aproximadamente 1,90.
• Se ha demostrado un dispositivo termoeléctrico con una eficiencia de generación de energía de ~4,4% y una diferencia máxima de temperatura de enfriamiento (ΔTmax) de ~45,7 K.

Conclusiones:

• La aleación de Pb mejora efectivamente las propiedades termoeléctricas del SnSe al promover la alineación de múltiples bandas.
• Los cristales de SnSe de banda ancha son prometedores para aplicaciones de enfriamiento termoeléctrico eficientes.
• El material desarrollado ofrece una alternativa viable para dispositivos termoeléctricos avanzados.