Generación de energía termoeléctrica totalmente basada en SnTe habilitada por la optimización gradual del tipo n SnTe

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los materiales termoeléctricos de alto rendimiento de tipo n y tipo p son cruciales para las aplicaciones prácticas de los dispositivos.
• El tellururo de estaño (SnTe) respetuoso con el medio ambiente es prometedor, pero es esencial desarrollar SnTe de tipo n de alto rendimiento.
• La investigación existente sobre el tipo p de SnTe requiere contrapartes comparables del tipo n para la fiabilidad del dispositivo.

Objetivo del estudio:

• Optimizar las propiedades de transporte termoeléctrico del SnTe de tipo n.
• Desarrollar un material SnTe de alto rendimiento para la generación de energía a temperatura media.
• Fabricar y evaluar un dispositivo termoeléctrico basado en SnTe.

Principales métodos:

• Estrategia de optimización gradual que implica la aleación de PbSe para reducir la brecha de banda y mejorar la dopabilidad de tipo n.
• Introducción de átomos de Pb adicionales para compensar las vacantes catiónicas y aumentar la concentración de portadores de electrones.
• Fabricación de un dispositivo termoeléctrico de siete pares basado completamente en SnTe utilizando el SnTe de tipo n optimizado.

Principales resultados:

• Logró una cifra de mérito termoeléctrico pico (ZT) de ~ 0,75 a 573 K para el SnTe de tipo n.
• Se obtuvo un ZT medio alto (ZTave) superior a 0,5 en un amplio rango de temperaturas (300823 K).
• Se ha demostrado una potencia de salida máxima de ~ 0,2 W y una eficiencia de conversión del 2,7% en el dispositivo todo-SnTe bajo una diferencia de temperatura de 350 K.

Conclusiones:

• La estrategia de optimización gradual mejora significativamente el rendimiento termoeléctrico del SnTe de tipo n.
• El SnTe de tipo n desarrollado muestra un excelente potencial para aplicaciones de generación de energía a temperatura media.
• La fabricación exitosa del dispositivo todo-SnTe marca un avance, destacando la viabilidad de las termoeléctricas basadas en SnTe.