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Type of Publication: | Dissertation |
URI (citable link): | http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:352-opus-6553 |
Author: | Wölfing, Bernd |
Year of publication: | 2000 |
Title in another language: | Tl9BiTe6 - ein neues thermoelektrisches Material mit Rekord-Wirkungsgraden |
Summary: |
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. |
Summary in another language: |
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. |
Examination date (for dissertations): | Feb 16, 2001 |
Dissertation note: | Doctoral dissertation, University of Konstanz |
PACS Classification: | 72.80.Jc; 63.20.-e; 72.20.Pa |
Subject (DDC): | 530 Physics |
Controlled Keywords (GND): | Peltier-Kühlung, Wärmeleitfähigkeit, Narrow-Gap-Halbleiter, Seebeck-Effekt |
Keywords: | Thermoelektrik, thermoelectric, figure of merit, thermal conductivity, thermopower |
Link to License: | In Copyright |
WÖLFING, Bernd, 2000. Tl9BiTe6 - a new thermoelectric material with record efficiencies [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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Wolfing.pdf | 558 |