Alto rendimiento termoeléctrico en NiSe/AgBiSe autosintetizados₂ Compuestos heterostructurados por dopaje Ni en...

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 selenuro de bismuto de plata (AgBiSe2) es un material termoeléctrico de tipo n prometedor para aplicaciones de temperatura intermedia.
• Las estrategias limitadas para la mejora del rendimiento han impedido su uso generalizado.
• El desarrollo de nuevos materiales compuestos es crucial para el avance de la tecnología termoeléctrica.

Objetivo del estudio:

• Mejorar el rendimiento termoeléctrico de AgBiSe2 a través de la incorporación de Ni y la formación de heterostructura.
• Investigar los mecanismos subyacentes responsables de mejorar las propiedades de transporte eléctrico y térmico.
• Explorar una nueva estrategia de ingeniería de compuestos para materiales termoeléctricos de alto rendimiento de tipo n.

Principales métodos:

• Autosíntesis de compuestos heterostructurados NiSe/AgBiSe2 a través de la incorporación de níquel.
• Caracterización de las propiedades estructurales, eléctricas y de transporte térmico.
• Análisis de la concentración del portador de carga y los mecanismos de dispersión de fonones.

Principales resultados:

• Logró una mejora del ~129% en la cifra de mérito (ZT ~1) en 783 K en Ag0.985Ni0.015BiSe2.2.
• Se demostró un aumento del ~250% en la conductividad eléctrica y un aumento del 98.6% en el factor de potencia (~4.9 μW cm−1 K−2) a 783 K para Ag0.94Ni0.06BiSe2.2.
• Realizó una conductividad térmica de red ultra baja (~ 0.13-0.17 W m-1 K-1 a 783 K), una reducción de ~ 60%, atribuida a defectos multidimensionales y dispersión de fonones.
• Se observó una mayor concentración de portadores (nH) debido a las vacantes de selenio, la transferencia de carga y el dopaje de Ni2+.
• La fase de NiSe precipitada in situ desacopló efectivamente la conductividad eléctrica (σ) y el coeficiente de Seebeck (S), mejorando aún más el factor de potencia.
• Se alcanzó una eficiencia de conversión termoeléctrica teórica máxima (ηmax) de ~5.72%.

Conclusiones:

• Las heteroestructuras NiSe/AgBiSe2 ofrecen una estrategia viable para mejorar significativamente el rendimiento termoeléctrico del tipo n AgBiSe2.
• Los efectos combinados de la mejora del transporte eléctrico y la supresión de la conductividad térmica de la red son clave para la mejora de ZT.
• Este enfoque de ingeniería de compuestos proporciona una nueva vía para el desarrollo de materiales termoeléctricos eficientes de temperatura intermedia.