Optimization of high efficiency thermoelectrics based on Tl5Te3

Abstract

Einige Materialien der Tl5Te3-Gruppe wurden vor kurzem als hocheffizient für thermoelektrische Anwendungen identifiziert. In dieser Arbeit wurden Techniken untersucht, um die Materialien aus dieser Gruppe weiter zu optimieren. Die Verbindung Tl9SbTe6 wurde charakterisiert. Sie bleibt jedoch hinter Tl9BiTe6 zurück, der besten ternären Verbindung in der Tl5Te3-Gruppe.Untersuchungen an dem Legierungs-System Tl9SbTe6-Tl9BiTe6 wurden unternommen, um die elektronischen Eigenschaften zu optimieren und die Wärmeleitfähigkeit zu reduzieren. Messungen und theoretische Abschätzungen zeigen, daß ein optimiertes Material in der Nähe der Verbindung Tl9BiTe6 zu suchen ist. Die erhoffte Verbesserung durch eine Reduktion der Wärmeleitfhäigkeit wurde jedoch nicht beobachtet.Der Einfluß verschiedener Dotierungen auf die thermoelektrischen Eigenschaften von Tl9BiTe6 wurde untersucht. Durch Dotierung mit Bismut konnte n-typ Tl9BiTe6 hergestellt werden. Es stellt sich jedoch heraus, daß n-typ Tl9BiTe6 deutlich schlechtere thermoelektrische Eigenschaften zeigt als sein p-typ Gegenstück.Durch Dotierversuche mit HgTe wurde nachgewiesen, daß eine p-Dotierung den Wirkungsgrad von Tl9BiTe6 verbessern kann. Allerdings zeigten sich Probleme mit der mechanischen Stabilität. Es scheint wahrscheinlich, daß diese Probleme durch eine weitere Optimierung der Dotiertechnik und/oder des Dotanden gelöst werden können und die Leistungsfähigkeit von Tl9BiTe6 weiter verbessert werden kann.In einer weiteren Studie wurden YNiSb- und Zr3Ni3Sb4-verwandte Verbindungen auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften untersucht. In beiden Gruppen wurden hohe Seebeckkoeffizienten und niedrige Wärmeleitfähigkeiten beobachtet, der Wirkungsgrad ist jedoch aufgrund der zu hohen elektrischen Widerstände zu gering. Die Gruppen an sich bleiben jedoch weiterhin vielversprechend und es scheint durchaus lohnenswert, in Zukunft weitere Materialien dieser Gruppen zu untersuchen.