Hg と Sb コドーピングによる GeTe の電子構造変調は高熱電性能をもたらす
Paribesh Acharyya1, Animesh Das1, Raagya Arora2
1New Chemistry Unit, International Centre for Materials Science and School of Advanced Materials, Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research (JNCASR), Jakkur P.O., Bangalore 560064, India.
高熱電性能は,水銀 (Hg) とアンチモニー (Sb) をコープしたゲルマニウムテルリド (GeTe) で達成された. この新しい材料は,効率的な発電のための最適化された電子構造と 熱伝導性を示しています.
科学分野:
- 材料科学
- 固体物理学
- 熱電機
背景:
- ゲルマニウムテルリド (GeTe) は有望な熱電気材料ですが,その性能は高キャリア濃度と格子熱伝導性によって制限されています.
- 電子帯域構造の最適化とミッドギャップ状態の導入は,熱電性値 (zT) を高めるための重要な戦略です.
研究 の 目的:
- HgとSbとのコドーピングによってGeTeの熱電性能を改善する.
- HgとSbのコドーピングが電子帯構造とGeTeの格子熱伝導性に及ぼす影響を調査する.
主な方法:
- HgとSbを併用したGeTeの合成
- 熱電特性 (シーベック係数,電気伝導性,熱伝導性) の実験的特徴付け
- 電子帯域構造分析のための第一原理密度関数理論 (DFT) の計算.
- 状態の電子密度を研究するピサレンコ分析.
- 双脚の熱電装置の製造と試験
主要な成果:
- Hg と Sb で 727 K で ~2.4 の熱電性値 (zT) を達成しました.
- Hgドーピングは,バレンスの帯の収束を容易にし,ハイブリッド化されたミッドギャップ帯を導入し,シーベック係数を高めました.
- Sb コドーピングはミッドギャップ状態を局所化し フェルミレベルをシフトさせ シーベック係数をさらに高めました
- 固体溶液の限界を超えて形成されたHgTeナノプレシピタットは,格子熱伝導性を著しく低下させます.
- 熱電装置は,出力密度0.77W/cm2の有望性を示した.
結論:
- 電子構造の最適化とHgとSbでコープされたGeTeの格子熱伝導性の減少のシナージ効果は,高い熱電性能をもたらします.
- 開発された材料は,高性能の熱電発電アプリケーションのための大きな可能性を秘めています.
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