Tl9BiTe6 - a new thermoelectric material with record efficiencies

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Datum
2000
Autor:innen
Wölfing, Bernd
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Tl9BiTe6 - ein neues thermoelektrisches Material mit Rekord-Wirkungsgraden
Forschungsvorhaben
Organisationseinheiten
Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
Published
Erschienen in
Zusammenfassung

Da thermoelektrische Bauelemente aufgrund ihrer elektronischen
Funktionsweise verschiedene inhärente Vorteile gegenüber
Kompressor-Kühlern und konventionellen Generatoren besitzen,
werden sie sowohl zur Kühlung als auch zur Energieerzeugung
eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es daher, nach neuen hocheffektiven
thermoelektrischen Materialien zu suchen, um die Effizienz der
aktuellen thermoelektrischen Bauelemente zu steigern. Die
Effizienz eines Bauelementes hängt über die Gütezahl ZT von den
Transporteigenschaften des Materials ab. Ein gutes thermoelektr.
Material hat ein hohes ZT, was wiederum eine hohe elektr.
Leitfähigkeit, eine große Thermokraft und eine niedrige thermische
Leitfähigkeit bedeutet.

Verschiedene Materialien wurden untersucht, wobei sich die Verbindungen
der Tl5Te3-Gruppe als besonders vielversprechend erwiesen. Aus dieser
Gruppe ist Tl9BiTe6 das beste Material. Daher konzentriert sich die weitere
Arbeit auf die Optimierung dieses Materials für thermoelektrische Anwendungen.

Durch intensives Reinigen der Elemente und des synthetisierten Materials konnte
die thermoelektrische Gütezahl ZT im Vergleich zum ursprünglich hergestellten
Material sehr deutlich verbessert werden. Trotzdem ist Tl9BiTe6 bei Raumtemperatur
noch um einen Faktor 4 schlechter als Bi2Te3-Legierungen, die momentan das beste
thermoelektrische Material in diesem Temperaturbereich sind.

Die besten Eigenschaften zeigt Tl9BiTe6 erst bei höheren Temperaturen. Oberhalb
von 430 K ist die thermoelektrische Gütezahl von Tl9BiTe6 größer als die von Bi2Te3.
Bei Temperaturen um 500 K übertrifft Tl9BiTe6 deutlich die thermoelektrischen
Wirkungsgrade sowohl von Bi2Te3-Legierungen als auch von (GeTe)85(AgSbTe2)15
Verbindungen, die zu den besten Materialien für Hochtemperaturanwendungen
gehören. Daher schließt Tl9BiTe6 die Lücke, die zur Zeit zwischen hocheffizienten
thermoelektrischen Materialien für Raumtemperatur- und Hochtemperatur-Anwendungen besteht.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Thermoelectric devices are used for refrigeration as well as for
power generation, since they possess several inherent advantages
compared to compressor refrigerators and conventional power
generators. The objective of this work has been to search for new,
efficient thermoelectric materials. The
efficiency of a thermoelectric device depends on the transport
properties of the material through the figure of merit
ZT which is calculated from the thermopower, the
electrical resistivity, and the thermal conductivity. A good thermoelectric
material has a high ZT, which requires a low electrical resistivity, a
low thermal conductivity and a high thermopower.

Several different materials have been investigated among which
compounds of the Tl5Te3-group have been identified as the most promising.
A study of this group has revealed Tl9BiTe6 as the best material. Therefore,
the work has concentrated on optimizing this compound for thermoelectric
applications.

By extensive purification of the elements as well as the synthesized material
the thermoelectric figure of merit has been improved drastically compared
to the initially prepared material. However, at room temperature Tl9BiTe6
still falls behind by a factor of four compared to optimized Bi2Te3-alloys,
which are the state of the art thermoelectric materials in this temperature range.

The optimum performance of Tl9BiTe6 is found at higher temperatures. Above 430 K
the thermoelectric figure of merit of Tl9BiTe6 becomes greater than that of optimized
Bi2Te3-alloys. Around 500 K, Tl9BiTe6 significantly exceeds the thermoelectric
efficiency of Bi2Te3-alloys and (GeTe)85(AgSbTe2)15 alloys (a state of the art high
temperature material). Thus Tl9BiTe6 is filling the performance gap, which has been
existing between room temperature and high temperature thermoelectric materials.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
Thermoelektrik, thermoelectric, figure of merit, thermal conductivity, thermopower
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690WÖLFING, Bernd, 2000. Tl9BiTe6 - a new thermoelectric material with record efficiencies [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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February 16, 2001
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