Dans une étude récente, une équipe de recherche des instituts Hefei des sciences physiques de l’Académie chinoise des sciences a obtenu des performances thermoélectriques supérieures du tellurure de plomb de type n (PbTe) en ajustant la structure de la bande et en améliorant la diffusion des phonons. Les résultats ont été publiés dans À l’échelle nanométrique.
« Nous avons augmenté le facteur de puissance du matériau et diminué la conductivité thermique », a déclaré le professeur Qin Xiaoying, qui dirigeait l’équipe.
Le PbTe est l’un des matériaux thermoélectriques à moyenne température les plus prometteurs. Cependant, les matériaux PbTe de type n ont un facteur de mérite thermoélectrique inférieur à celui des matériaux PbTe de type p. Cela est principalement dû au grand décalage d’énergie entre les bandes légères et lourdes dans la bande de conduction PbTe, ce qui rend difficile la simplification de la bande d’énergie dans le PbTe de type n, ce qui entraîne un facteur de puissance inférieur. Par conséquent, des études plus approfondies et systématiques sont nécessaires pour améliorer efficacement et significativement les performances thermoélectriques du PbTe de type n.
Maintenant, les chercheurs ont construit le Pb0.97Sb0.03Te + y wt. % Cu12Sb4S13(y=0,1.25,1.5,1.75) système composite. Ceci a été réalisé en dopant la matrice PbTe avec des éléments d’antimoine (Sb) et en introduisant une petite quantité de nanoparticules Cu12Sb4S13. Thy a également utilisé la réaction in situ pour construire une nanophase semi-cohérente.
Cette étude se concentre sur l’optimisation de la concentration en porteurs dans le PbTe de type n en utilisant le dopage de l’élément hôte, tout en combinant l’ingénierie des bandes d’énergie/les effets de filtrage d’énergie pour améliorer ses propriétés électriques.
Sur cette base, des réactions in situ ont été utilisées pour construire des nanophases semi-cohérentes et introduire des défauts multi-échelles pour disperser les phonons. Cela leur a permis d’améliorer le facteur de puissance, de réduire la conductivité thermique et donc d’augmenter le facteur de mérite thermoélectrique (ZT).
Ils ont constaté que l’échantillon composite Pb0.97Sb0.03Te + 1,5 wt. % Cu12Sb4S13 avait d’excellentes propriétés thermoélectriques avec un ZT de 1,58 (773 K), une amélioration d’environ 75 % par rapport à Pb0,97Sb0,03Te.
Ce travail a prouvé que l’incorporation de nanoparticules de Cu12Sb4S13 était un moyen efficace d’améliorer les propriétés thermoélectriques de Pb0.97Sb0.03Te, ce qui était d’une grande importance pour l’étude de la régulation des propriétés thermoélectriques du PbTe de type n.
Plus d’information:
Wei Wu et al, Atteindre des performances thermoélectriques plus élevées du PbTe de type n en ajustant la structure de bande et en améliorant la diffusion des phonons, À l’échelle nanométrique (2022). DOI : 10.1039/D2NR04419F