La modulación de la estructura electrónica en GeTe por Hg y Sb Codoping conduce a un alto rendimiento termoeléctrico

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Productos térmicos

Sus antecedentes:

• El telururo de germanio (GeTe) es un material termoeléctrico prometedor, pero su rendimiento está limitado por la alta concentración de portadores y la conductividad térmica de la red.
• La optimización de la estructura de la banda electrónica y la introducción de estados intermedios son estrategias clave para mejorar la figura de mérito termoeléctrico (zT).

Objetivo del estudio:

• Mejorar el rendimiento termoeléctrico de GeTe mediante el codo con Hg y Sb.
• Investigar los efectos de la codificación de Hg y Sb en la estructura de la banda electrónica y la conductividad térmica de la celosía del GeTe.

Principales métodos:

• Síntesis de Hg y Sb codificado GeTe.
• Caracterización experimental de las propiedades termoeléctricas (coeficiente de Seebeck, conductividad eléctrica, conductividad térmica).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) de primeros principios para el análisis de la estructura de la banda electrónica.
• Análisis de Pisarenko para estudiar la densidad electrónica de los estados.
• Fabricación y ensayo de un dispositivo termoeléctrico de dos patas.

Principales resultados:

• Logró una cifra de mérito termoeléctrico (zT) de ~2.4 a 727 K en Hg y Sb codificado GeTe.
• El dopaje de Hg facilitó la convergencia de la banda de valencia e introdujo una banda intermedia hibridizada, mejorando el coeficiente de Seebeck.
• Sb codoping localizó el estado de la brecha media y cambió el nivel de Fermi, aumentando aún más el coeficiente de Seebeck.
• Los nanoprecipitados de HgTe se forman por encima del límite de la solución sólida, reduciendo significativamente la conductividad térmica de la red.
• Un dispositivo termoeléctrico demostró una densidad de potencia de salida prometedora de 0,77 W/cm2.

Conclusiones:

• Los efectos sinérgicos de la optimización de la estructura electrónica y la reducción de la conductividad térmica de la red en el GeTe codificado con Hg y Sb conducen a un alto rendimiento termoeléctrico.
• El material desarrollado muestra un potencial significativo para aplicaciones de generación de energía termoeléctrica de alto rendimiento.