infulence of structural modifications on thermoelectric properties of

2
Krzysztof Wojciechowski
POLISH ACADEMY OF SCIENCE - KRAKÓW DIVISION
POLISH CERAMIC SOCIETY
PAPERS OF THE COMMISSION ON CERAMIC SCIENCE
POLISH CERAMIC BULLETIN
CERAMICS
Vol. 106, 2008
INFULENCE OF STRUCTURAL
MODIFICATIONS ON THERMOELECTRIC
PROPERTIES OF SKUTTERUDITE
GROUP MATERIALS
Krzysztof Wojciechowski
POLISH CERAMIC SOCIETY
KRAKÓW
2008
Wpáyw modyfikacji strukturalnych na wáaĞciwoĞci termoelektryczne materiaáów…
POLSKA AKADEMIA NAUK - ODDZIAà W KRAKOWIE
POLSKIE TOWARZYSTWO CERAMICZNE
PRACE KOMISJI NAUK CERAMICZNYCH
POLSKI BIULETYN CERAMICZNY
CERAMIKA
Vol. 106, 2008
WPàYW MODYFIKACJI
STRUKTURALNYCH NA WàAĝCIWOĝCI
TERMOELEKTRYCZNE MATERIAàÓW
Z GRUPY SKUTTERUDYTÓW
Krzysztof Wojciechowski
POLSKIE TOWARZYSTWO CERAMICZNE
KRAKÓW
2008
3
Wpáyw modyfikacji strukturalnych na wáaĞciwoĞci termoelektryczne materiaáów…
5
SPIS TREĝCI
SPIS TREĝCI ................................................................................................................5
WYKAZ NAJWAĩNIEJSZYCH OZNACZEē ....................................................................7
1. WSTĉP ................................................................................................................9
2. ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE .....................................................................11
2.1. Efekt Seebecka .........................................................................................11
2.2. Efekt Peltiera ............................................................................................12
2.3. Przewodnictwo elektryczne i cieplne .......................................................14
3. KONWERSJA ENERGII I WSPÓàCZYNNIK EFEKTYWNOĝCI
TERMOELEKTRYCZNEJ Z ..................................................................................15
3.1. Konwersja energii cieplnej na elektryczną ..............................................16
3.2. Cháodzenie termoelektryczne ...................................................................19
4. MATERIAàY TERMOELEKTRYCZNE ..................................................................21
4.1. Optymalizacja parametrów termoelektrycznych......................................24
4.1.1. Póáprzewodniki niezdegenerowane .............................................25
4.1.2. Póáprzewodniki zdegenerowane ..................................................27
4.1.3. Dwupasmowe modele przewodnictwa ........................................31
4.1.4. Póáprzewodniki o záoĪonej strukturze pasmowej ........................36
4.2. Minimalizacja przewodnictwa cieplnego .................................................38
4.2.1. Redukcja skáadowej sieciowej przewodnictwa cieplnego ..........39
4.2.2. Rozpraszanie fononów na noĞnikach prądu ................................41
4.2.3. Wpáyw mikrostruktury na przewodnictwo cieplne .....................42
4.3. Materiaáy nanostrukturalne ......................................................................44
4.4. Szkáa fononowe - krysztaáy elektronowe .................................................47
5. MATERIAàY TERMOLELEKTRYCZNE Z GRUPY SKUTTERUDYTÓW ...................49
5.1. Struktura krystalograficzna i wiązania chemiczne ...................................50
5.2. Struktura pasmowa ...................................................................................55
5.3. Metody otrzymywania skutterudytów......................................................61
5.4. WáaĞciwoĞci transportowe .......................................................................72
5.5. Domieszkowanie substytucyjne ...............................................................74
5.5.1. CoSb3 domieszkowany Te i Se ...................................................76
5.5.1.1. WáaĞciwoĞci elektryczne ..............................................81
5.5.1.2. Przewodnictwo cieplne ................................................85
5.5.2. CoSb3 domieszkowany Sn ..........................................................89
5.5.3. CoP3 domieszkowany Fe .............................................................99
6
6.
7.
8.
9.
Krzysztof Wojciechowski
5.6. Roztwory staáe ........................................................................................103
5.6.1. Ukáad CoSb3 – RhSb3 ................................................................104
5.7. Skutterudyty nanostrukturalne ...............................................................116
PODSUMOWANIE I UWAGI KOēCOWE .............................................................123
PERSPEKTYWY DALSZYCH BADAē.................................................................124
LITERATURA...................................................................................................127
SUMMARY ......................................................................................................140