KR102049009B1 - 신규한 화합물 반도체 및 그 활용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 변환 성능이 우수한 화합물 반도체를 개시한다. 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
<화학식 1>
BixSb2-xTe3PbaCubAc
상기 화학식 1에서, A는 In, Ag, Fe, Co, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상이고, 0<x<2, 0≤a, 0≤b, 0≤c 및 0<a+b이다.

Description

신규한 화합물 반도체 및 그 활용 {New compound semiconductors and their application}
본 발명은 열전 재료, 태양 전지 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 신규한 화합물 반도체 물질 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 용도에 관한 것이다.
화합물 반도체는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작하는 화합물이다. 이러한 화합물 반도체는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 대표적으로, 펠티어 효과(Peltier Effect)나 제백 효과(Seebeck Effect), 톰슨 효과(Thompson Effect) 등을 이용한 열전 변환 소자, 광전 변환 효과를 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광 소자와 태양 전지 등에 화합물 반도체가 이용될 수 있다.
특히, 열전 변환 소자는 열전 변환 발전이나 열전 변환 냉각 등에 적용될 수 있는데, 일반적으로는 N 타입 열전 반도체와 P 타입 열전 반도체가 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결되는 방식으로 구성된다. 이 중 열전 변환 발전은, 열전 변환 소자에 온도차를 둠으로써 발생하는 열기전력을 이용하여, 열 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 형태이다. 그리고, 열전 변환 냉각은, 열전 변환 소자의 양단에 직류 전류를 흘렸을 때, 양단에서 온도 차가 발생하는 효과를 이용하여, 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 냉각 형태이다.
이러한 열전 변환 소자의 에너지 변환 효율은 대체로 열전 변환 재료의 성능 지수 값인 ZT에 의존한다고 할 수 있다. 여기서, ZT는 제벡(Seebeck) 계수, 전기 전도도 및 열 전도도 등에 따라 결정될 수 있는데, ZT값이 높을수록 성능이 우수한 열전 변환 재료라고 할 수 있다.
지금까지 많은 열전 변환 재료가 제안되고 있지만, 아직까지는 열전 성능이 충분히 확보된 열전 변환 재료가 제안되고 있다고는 볼 수 없다. 특히, 최근에는 특정 온도 범위, 이를테면 상온에서 250℃ 부근의 온도 범위와 같은 저온에서 ZT값이 높은 열전 변환 재료의 필요성이 증가하고 있는데, 아직 이러한 저온 범위에서 열전 변환 성능이 충분히 우수한 열전 변환 재료가 제공되고 있다고는 볼 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전 변환 소자의 열전 변환 재료, 태양 전지 등과 같이 다양한 용도로 활용될 수 있으며, 특히 저온에서 열전 변환 성능이 우수한 화합물 반도체 물질과 그 제조 방법, 그리고 이를 이용한 열전 변환 소자나 태양 전지 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는 화합물 반도체에 관한 거듭된 연구 끝에 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 반도체를 합성하는데 성공하고, 이 화합물이 열전 변환 소자의 열전 변환 재료나 태양 전지의 광 흡수층 등에 사용될 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
<화학식 1>
BixSb2 - xTe3PbaCubAc
상기 화학식 1에서, A는 In, Ag, Fe, Co, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상이고, 0<x<2, 0≤a, 0≤b, 0≤c 및 0<a+b이다.
여기서, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0130일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0065일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0316일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0211일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 a 및 b는, 0<a 및 0<b일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 a 및 b는, 0.0032≤a≤0.0065 및 0.0026≤b≤0.0106일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 a 및 b는, 0.0026≤a+b≤0.0446일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 c는, 0.0005≤c≤0.0554일 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화합물 반도체 제조 방법은, Bi, Sb 및 Te에 Pb 및 Cu 중 적어도 하나를 첨가하여 제1항의 화학식 1에 대응되도록 원료를 칭량하고 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 열처리하여 합성물을 형성하는 단계; 및 상기 합성물을 가압 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열처리 단계 후 상기 가압 소결 단계 이전에, 상기 합성물에 In, Ag, Fe, Co, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 열전 변환 소자는 본 발명에 따른 화합물 반도체를 P타입 열전 변환 재료로서 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 벌크 열전 재료는, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지는, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열전 변환 소자나 태양 전지 등으로 이용될 수 있는 화합물 반도체 물질이 제공된다.
특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 종래의 화합물 반도체를 대체하거나 종래의 화합물 반도체에 더하여 또 다른 하나의 소재로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 화합물 반도체가 열전 변환 소자의 열전 변환 재료로서 이용될 수 있다. 특히, 본 발명의 경우, 높은 파워팩터(Power Factor; PF) 값이 확보될 수 있어, 우수한 열전 변환 성능을 갖는 열전 변환 소자가 제조될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의하면, 특정 온도 범위, 이를테면, 상온에서 250℃에 이르는 저온 범위에서 높은 파워팩터 값 및 높은 ZT 값을 갖는 열전 변환 재료가 제공될 수 있으므로, 저온에서 발전 출력이나 효율과 같은 성능이 우수한 열전 변환 소자가 제조될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, P 타입 열전 변환 재료로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 화합물 반도체가 태양 전지에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 태양 전지의 광흡수층으로 이용될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 화합물 반도체가 적외선을 선택적으로 통과시키는 적외선 윈도우(IR window)나 적외선 센서, 마그네틱 소자, 메모리 등에도 이용될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 파워 팩터 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 ZT 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 다른 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 파워 팩터 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 다른 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 ZT 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 파워 팩터 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 여러 실시예 및 비교예에 대하여 온도에 따른 ZT 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 8은, 다른 여러 비교예에 대하여 온도에 따른 파워 팩터 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 9는, 다른 여러 비교예에 대하여 온도에 따른 ZT 측정값을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 다음과 같은 화학식 1로 표시되는 신규한 화합물 반도체를 제공한다.
<화학식 1>
BixSb2 - xTe3PbaCubAc
상기 화학식 1에서, A는 In, Ag, Co, Fe, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상이고, 0<x<2, 0≤a, 0≤b, 0≤c 및 0<a+b이다.
이처럼, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, Bi, Sb 및 Te 이외에 Pb나 Cu 중 적어도 하나를 더 포함함으로써, 전기 전도도가 향상될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 열전 재료로 이용하는 경우, 열전 변환 성능이 개선될 수 있다.
P형 반도체는, 홀(hole)이 주요 캐리어(majority carrier)로서, 이들의 농도가 증가하거나 이동성(mobility)이 증가하면 전기 전도도가 증가할 수 있다. 상기 구성과 같이, Pb 및/또는 Cu가 첨가되면, Te와 반응하여 PbTe나 Cu4Te3 등의 화합물을 만들 수 있고, 이로 인해 Te가 부족한 상태가 될 수 있다. 그리고, Bi-Te 화합물에서 Te가 부족할 경우, 보이드(void)가 생성되거나 Bi가 Te 사이트(site)를 치환하여 홀을 제공할 수 있다. 그러므로, 주요 캐리어의 농도는 증가하게 되므로, 전기 전도도가 증가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, Pb나 Cu 이외에, In, Ag, Co, Fe, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 여기서, In, Ag, Co, Fe, Ni, Si 및 Sn는 본 발명에 따른 화합물 반도체의 전기 전도도를 향상시키는데 기여할 수 있고, SiO2 및 카본 블랙은 열 전도도를 저하시키는데 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면 화합물 반도체의 열전 변환 성능이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Pb는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.1wt% 내지 0.4wt%의 범위로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0130일 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Pb는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.3wt% 미만으로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a<0.0097일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Pb는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.1wt% 내지 0.2wt%의 범위로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0065일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Pb는 전체 중량 대비 0.2wt% 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Cu는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.025wt% 내지 0.3wt%의 범위로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0316일 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Cu는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.2wt%의 범위로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0211일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Cu는 화합물 반도체의 전체 중량 대비 0.025wt% 내지 0.05wt%의 범위로 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0053일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Cu는 전체 중량 대비 0.025wt% 첨가될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 화합물 반도체에는, Pb 및 Cu가 모두 첨가될 수 있다. 즉, 상기 화학식 1에서 0<a이고, 0<b일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, 전체 중량 대비 Pb는 0.1wt% 내지 0.2wt% 첨가되고, Cu는 0.025wt% 내지 0.2wt% 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0065이고, b는, 0.0026≤b≤0.0211일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, 전체 중량 대비 Pb는 0.1wt% 내지 0.2wt% 첨가되고, Cu는 0.025wt% 내지 0.1wt% 첨가될 수 있다.
이 경우, 상기 화학식 1의 a 및 b는, 0.0032≤a≤0.0065 및 0.0026≤b≤0.0106일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체에서, Pb는 전체 중량 대비 0.15wt% 첨가되고, Cu는 전체 중량 대비 0.1wt% 첨가될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 화학식 1에서 a+b는, 0.0026≤a+b≤0.0446의 범위를 갖는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, In, Ag, Co, Fe, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1의 c는, 0<c이다.
특히, 상기 화학식 1의 c는, 0.0005≤c≤0.0554의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 x는, 0.40≤x≤0.54의 범위를 갖는 것이 좋다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 x는 0.5일 수 있다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 반도체에는, 2차상이 일부 포함될 수 있으며, 그 양은 열처리 조건에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체를 제조하는 방법에는 여러 방법이 있을 수 있는데, 각각의 제조 방법마다 열전 변환 성능이 달라질 수 있다. 본 발명에 따른 화합물 반도체 제조 방법은, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 성능을 향상시킬 수 있는 최적의 제조 방식이라 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 제조하는 방법은, Bi, Sb 및 Te를 포함하는 원료에 Pb 및 Cu 중 적어도 하나를 첨가하여 상기 화학식 1에 대응되도록 혼합물을 형성하는 단계(S110), 상기 혼합물을 열처리하는 단계(S120) 및 상기 열처리된 혼합물을 가압 소결하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 S120 단계와 상기 S130 단계 사이에, A(In, Ag, Co, Fe, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙 중 하나 이상)를 첨가하여, 열처리된 혼합물, 즉 Bi, Sb, Te, Pb 및/또는 Cu의 합성물과 A가 혼합되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 S110 단계는, Pb 원소를 혼합물에 포함시키는 경우, Pb 원소가 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt% 내지 0.4 wt%가 되도록 Pb 원소를 첨가하는 것이 좋다. 이러한 조성 범위에서 Pb 원소의 첨가로 인한 열전 변환 성능 향상 효과가 더욱 증대될 수 있다.
상기 열처리(S120) 단계는, 혼합물 내에 있는 포함되어 있는 각 원소 재료를 서로 반응시켜 상기 BixSb2 - xTe3PbaCubAc 계 화합물이 합성되도록 할 수 있다.
한편, 상기 S120 단계는, 멜팅(melting) 방식에 의해 수행될 수 있다. 동일한 조성의 열전 재료라 할지라도, 원료 간 반응 방식에 따라 열전 성능에 차이가 있을 수 있는데, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 경우, 다른 합성 방식보다는 멜팅 방식에 의해 각 원료가 반응되도록 할 때, 제조된 화합물 반도체의 열전 성능이 보다 향상될 수 있다.
예를 들어, 상기 열처리 단계는, 혼합된 원료를 퓨즈드 실리카 튜브(fused silica tube)에 장입한 후 실링하고, 이를 박스 퍼니스(box furnace)에 넣어 600℃ 내지 900℃의 온도 범위에서 5시간 내지 15시간 동안 유지되도록 하는 방식으로 수행될 수 있다.
한편, 이와 같은 열처리 단계는, 혼합된 원료를 가열하여 반응시킨 후, 소정 시간 냉각시키는 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 S120 단계는, 혼합된 원료의 가열 이후, 합성된 재료를 수냉(water quenching) 또는 노냉(furnace cooling) 방식으로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 가압 소결(S130) 단계는, 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering; SPS) 방식에 의해 수행될 수 있다. 동일한 조성의 열전 재료라 할지라도, 소결 방식에 따라 열전 성능에 차이가 있을 수 있는데, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 경우, 이러한 SPS 소결 방식에 의해 소결될 때, 열전 성능이 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 상기 S130 단계는, 15MPa 내지 100MPa의 압력 조건에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 S130 단계는, 350℃ 내지 480℃의 온도 조건에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 S130 단계는, 이러한 압력 조건 및 온도 조건 하에서 3분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 S120 단계와 상기 S130 단계 사이에, 합성물을 파쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 S130 단계는, 파쇄된 합성물 분말이 가압 소결되도록 할 수 있다.
화합물 반도체의 경우, 제조 방법에 따라 열전 성능에 차이가 있을 수 있는데, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 상술한 화합물 반도체 제조 방법에 의해 제조되는 것이 좋다. 이 경우, 화합물 반도체에 대하여 높은 ZT값을 확보할 수 있으며, 특히 20℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 높은 ZT값을 확보하는데 유리해질 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 화합물 반도체가 반드시 이러한 제조 방식으로 제조되는 것으로 제한되는 것은 아니며, 상술한 제조 방식 이외에 다양한 방식으로 제조될 수도 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 고체상 반응(Solid State Reaction) 방식에 의한 열처리 단계를 거치거나, 핫 프레스(Hot Press) 방식에 의한 가압 소결 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 상술한 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 열전 변환 소자의 열전 변환 재료로 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 상술한 화합물 반도체를 P타입 열전 재료로서 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 화합물 반도체는 열전 변환 재료의 성능 지수값인 ZT가 크다. 또한, 제백 계수 및 전기 전도도가 크고, 열 전도도가 낮아 열전 변환 성능이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 종래의 열전 변환 재료를 대체하거나 종래의 화합물 반도체에 더하여 열전 변환 소자에 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 벌크형 열전 변환 재료에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 벌크 열전 재료는 상술한 화합물 반도체를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지는, 상술한 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 태양 전지, 특히 태양 전지의 광 흡수층으로 이용될 수 있다.
태양 전지는, 태양광이 입사되는 쪽에서부터 순차적으로, 전면 투명 전극, 버퍼층, 광 흡수층, 배면 전극 및 기판 등이 적층된 구조로 제조할 수 있다. 가장 아래에 위치하는 기판은 유리로 이루어질 수 있으며, 그 위에 전면적으로 형성되는 배면 전극은 Mo 등의 금속을 증착함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 배면 전극 상부에 본 발명에 따른 화합물 반도체를 전자빔 증착법, 졸-겔(sol-gel)법, PLD(Pulsed Laser Deposition) 등의 방법으로 적층함으로써 상기 광 흡수층을 형성할 수 있다. 이러한 광 흡수층의 상부에는, 전면 투명 전극으로 사용되는 ZnO층과 광 흡수층 간의 격자 상수 차이 및 밴드갭 차이를 완충하는 버퍼층이 존재할 수 있는데, 이러한 버퍼층은 CdS 등의 재료를 CBD(Chemical Bath Deposition) 등의 방법으로 증착함으로써 형성될 수 있다. 다음으로, 버퍼층 위에 ZnO나 ZnO 및 ITO의 적층막으로 전면 투명 전극이 스퍼터링 등의 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양 전지는 다양한 변형이 가능할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 광 흡수층으로 사용한 태양 전지를 적층한 적층형 태양 전지를 제조할 수 있다. 그리고, 이와 같이 적층된 다른 태양 전지는 실리콘이나 다른 알려진 화합물 반도체를 이용한 태양 전지를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 화합물 반도체의 밴드 갭을 변화시킴으로써 서로 다른 밴드갭을 가지는 화합물 반도체를 광 흡수층으로 사용하는 복수의 태양 전지를 적층할 수도 있다. 본 발명에 따른 화합물 반도체의 밴드 갭은 이 화합물을 이루는 구성 원소의 조성비를 변화시킴으로써 조절이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 적외선을 선택적으로 통과시키는 적외선 윈도우(IR window)나 적외선 센서 등에도 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
비교예 1
시약으로, Bi0 . 5Sb1 . 5Te3의 화학식에 대응되도록 Bi, Te 및 Sb shot을 칭량하여 준비하고, 이들을 혼합하여 혼합물을 제작하였다. 그리고, 이러한 혼합물을 석영 튜브 내에 넣고 진공 실링하여 앰플을 만든 후, 앰플을 박스 퍼니스(box furnace) 내에 위치시키고 800℃의 온도에서 5시간 동안 열처리 과정을 거쳤다.
이와 같이 합성된 잉곳을 핸드밀(hand mill) 방법으로 분쇄하여 75um 크기 sieve로 분급하였다. 분급된 분말에 대해서는, 50MPa로 가압하고 400℃에서 3분 동안 SPS(Spark Plasma Sintering) 방식으로 소결하여 비교예 1의 시료를 얻었다.
실시예 1
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 1의 시료를 얻었다.
실시예 2
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 2의 시료를 얻었다.
실시예 3
상기 비교예 3과 동일한 조성의 혼합물에 Pb를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.3 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 3의 시료를 얻었다.
실시예 4
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.4 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 4의 시료를 얻었다.
실시예 5
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Cu를 첨가하되, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 5의 시료를 얻었다.
실시예 6
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Cu를 첨가하되, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.05 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 6의 시료를 얻었다.
실시예 7
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Cu를 첨가하되, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 7의 시료를 얻었다.
실시예 8
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Cu를 첨가하되, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 8의 시료를 얻었다.
실시예 9
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Cu를 첨가하되, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.3 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 9의 시료를 얻었다.
이와 같이 얻어진 비교예 및 실시예 시료 각각에 대해서는, ZEM-3 장비를 이용해 측정된 전기 전도도와 제벡 계수로부터 파워팩터를 계산하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 및 비교예 시료 각각에 대하여, ZEM-3 장비에서 측정된 전기적 특성 결과와 LFA-457 장비에서 구한 열 전도도를 통해 ZT를 계산하였다. 여기서, 열 전도도는 Netzsch사의 LFA-457 장비로 측정된 열 확산도에 밀도와 비열을 곱해 계산하였다. ZT값 계산 결과는 도 3에 나타내었다.
우선, 도 2의 결과를 참조하면, 실시예 1~9의 열전 재료가 비교예 1의 열전 재료에 비해, 50℃ 내지 250℃의 전체 온도 측정 구간에 걸쳐, 파워 팩터가 현저하게 향상됨을 알 수 있다. 특히, 실시예 1~4, 6~9의 열전 재료는, 50℃에서, 100℃, 150℃, 200℃ 및 250℃의 높은 온도로 갈수록, 비교예 1의 열전 재료에 비해 파워 팩터 값이 점점 큰 차이를 보이고 있다.
보다 구체적으로 살펴보면, 100℃의 온도에서, 비교예 1의 경우 대략 22.9 uW/cm·K2의 값을 보이는 반면, 대부분의 실시예는 30 uW/cm·K2 이상, 많게는 32.5 uW/cm·K2 이상의 값을 보이고 있다.
또한, 150℃의 온도에서, 비교예 1의 경우 대략 18.9 uW/cm·K2의 값을 보이는 반면, 대부분의 실시예는 27.5 uW/cm·K2이상, 많게는 30 uW/cm·K2 이상의 값을 보이고 있다.
또한, 200℃의 온도에서, 비교예 1의 경우 대략 14.6 uW/cm·K2의 값을 보이는 반면, 대부분의 실시예는 23 uW/cm·K2이상, 많게는 25 uW/cm·K2 이상의 값을 보이고 있다.
또한, 250℃의 온도에서, 비교예 1의 경우 대략 10.1 uW/cm·K2의 값을 보이는 반면, 대부분의 실시예는 18 uW/cm·K2이상, 많게는 22.5 uW/cm·K2 이상의 값을 보이고 있다.
그러므로, 이러한 결과를 참조하면, 비교예 1과 같은 BST계 열전 재료에 Pb나 Cu가 적정 범위로 첨가된 경우, 파워 팩터값이 향상됨을 알 수 있다.
다음으로, 도 3의 결과를 참조하면, 실시예 1~9의 열전 재료가 비교예 1의 열전 재료에 비해, 150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서, ZT가 개선됨을 알 수 있다. 특히, 100℃의 온도에서도, 실시예 1, 2 및 5의 열전 재료는, 비교예 1의 열전 재료에 비해, 높은 ZT값을 나타내고 있다.
또한, 비교예에 따른 열전 재료는 100℃에서 250℃로 온도가 증가할수록 ZT값이 크게 떨어지는데 반해, 본원 발명에 따른 각 실시예는 온도가 증가하더라도 값이 크게 떨어지지 않을 뿐 아니라, 오히려 증가하는 경향을 보이기도 한다.
그러므로, 본 발명에 따른 열전 재료의 경우, Pb나 Cu의 첨가로 인해 소정 온도 범위에서 ZT값 향상 효과가 있음을 알 수 있다.
이하에서는, Pb나 Cu 중 어느 하나만을 포함하는 상기 실시예 1 내지 9와 달리, Pb 및 Cu가 모두 포함되도록 시료를 제조하여 그 특성을 살펴보았다.
실시예 10
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 10의 시료를 얻었다.
실시예 11
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.05 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 11의 시료를 얻었다.
실시예 12
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량도 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 12의 시료를 얻었다.
실시예 13
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 13의 시료를 얻었다.
실시예 14
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 14의 시료를 얻었다.
실시예 15
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.05 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 15의 시료를 얻었다.
실시예 16
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 16의 시료를 얻었다.
실시예 17
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량도 혼합물의 전체 중량 대비 0.2 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 및 소결 과정을 거쳐, 실시예 17의 시료를 얻었다.
상기 실시예 10~17에 대해서도, 상기 실시예 1~9와 마찬가지로 파워 팩터 및 ZT값을 측정하고, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. 그리고, 비교의 편의를 위해 도 4 및 도 5에서도, 비교예 1의 결과를 함께 표시하였다.
먼저, 도 4의 결과를 참조하면, 실시예 10 내지 17의 열전 재료는, 비교예 1의 열전 재료에 비해, 50℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 파워 팩터가 현저하게 높다는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 실시예 10 내지 17의 모든 실시예는, 50℃ 내지 100℃의 온도 범위에서, 30 uW/cm·K2보다 높은 파워 팩터 값을 나타내고 있다. 또한, 150℃의 온도에서, 실시예 17을 제외한 다른 모든 실시예는 30 uW/cm·K2 이상의 파워 팩터 값을 보이고 있다. 또한, 200℃의 온도에서, 모든 실시예가 27.5 uW/cm·K2 이상의 파워 팩터 값을 보이고 있다. 그리고, 250℃의 온도에서, 모든 실시예는 25 uW/cm·K2 부근 또는 그 이상의 파워 팩터 값을 보이고 있다.
또한, 도 5의 결과를 참조하면, 실시예 10 내지 17의 경우, 비교예 1에 비해, 200℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 ZT값이 모두 높게 나타나고 있다. 뿐만 아니라, 150℃의 온도에서도, 실시예 16 및 17을 제외한 모든 실시예에서, 비교예 1보다 ZT값이 높게 나타난다. 특히, 150℃의 온도에서, 실시예 10~12 및 14의 경우, ZT가 1.0 이상으로, 비교예 1에 비해 큰 ZT값을 나타내고 있다. 또한, 비교예 1의 ZT값은 50℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 온도가 증가함에 따라 ZT값이 점점 떨어지는 경향을 보이는 반면, 실시예 10 내지 17의 ZT값은 이러한 온도 범위에서 온도 증가에 따라 대체로 증가하는 경향을 보이고 있다.
더욱이, 이러한 실시예 10~17의 파워 팩터 및 ZT 측정 결과는, 앞선 실시예 1~9의 파워 팩터 및 ZT 측정 결과보다 대체로 높은 값을 나타내고 있다. 그러므로, 이러한 결과를 참조하면, BST계 열전 재료(Bi-Sb-Te)에 Pb나 Cu 중 어느 하나만을 첨가하는 경우보다, Pb 및 Cu 모두를 첨가하는 경우가, 파워 팩터 향상 및 ZT 향상 효과에 더욱 유리함을 알 수 있다.
이하에서는, Pb 및 Cu와 함께 A가 포함되도록 시료를 제조하고, 그 특성을 살펴보았다.
실시예 18
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 과정을 거쳤다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 In을 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 실시예 18의 시료를 얻었다.
실시예 19
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 과정을 거쳤다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Fe를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 실시예 19의 시료를 얻었다.
실시예 20
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 과정을 거쳤다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Co를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 실시예 20의 시료를 얻었다.
실시예 21
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 과정을 거쳤다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Ni를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 실시예 21의 시료를 얻었다.
실시예 22
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 Pb 및 Cu를 첨가하되, Pb의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 하고, Cu의 첨가량은 혼합물의 전체 중량 대비 0.025 wt%가 되도록 하였다. 그리고, 이러한 혼합물에 대하여, 상기 비교예 1과 동일한 열처리 과정을 거쳤다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 SiO2를 전체 중량 대비 0.3 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 실시예 22의 시료를 얻었다.
상기 실시예 18~22에 대해서도, 상기 실시예들과 마찬가지로, 파워 팩터 및 ZT값을 측정하고, 그 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 그리고, 비교의 편의를 위해 도 6 및 도 7에서도, 비교예 1의 결과를 함께 나타내었다.
먼저, 도 6의 결과를 참조하면, 실시예 18 내지 22의 열전 재료는, 비교예 1의 열전 재료에 비해, 50℃ 내지 250℃의 전체 온도 범위에서 파워 팩터가 현저하게 높다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7의 결과를 참조하면, 실시예 18 내지 22의 열전 재료는, 비교예 1의 열전 재료에 비해, 100℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 ZT가 높다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 온도가 높아질수록, 이러한 ZT 차이는 대체적으로 점차 증가하는 경향을 보이고 있다.
그러므로, 이러한 결과를 참조하면, BST계 재료에 Pb 및 Cu와 함께 A(In, Fe, Co, Ni, SiO2 등)가 추가된 본 발명의 실시예들의 경우, BST만으로 구성된 비교예 1에 비해 파워 팩터 및 ZT 값이 크게 증가됨을 알 수 있다.
더욱이, 본원발명의 실시예 18~22의 열전 재료의 효과를 보다 구체적으로 살펴보기 위해, 다음과 같이 BST계 재료에 A(In, Fe, Co, Ni, SiO2 등)만 첨가된 시료를 제작하고, 그 특성을 측정하였다.
비교예 2
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 대하여, 비교예 1과 동일한 방식으로 열처리를 수행하였다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 In을 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 비교예 2의 시료를 얻었다.
비교예 3
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 대하여, 비교예 1과 동일한 방식으로 열처리를 수행하였다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Fe를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 비교예 3의 시료를 얻었다.
비교예 4
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 대하여, 비교예 1과 동일한 방식으로 열처리를 수행하였다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Co를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 비교예 4의 시료를 얻었다.
비교예 5
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 대하여, 비교예 1과 동일한 방식으로 열처리를 수행하였다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 Ni를 전체 중량 대비 0.1 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 비교예 5의 시료를 얻었다.
비교예 6
상기 비교예 1과 동일한 조성의 혼합물에 대하여, 비교예 1과 동일한 방식으로 열처리를 수행하였다. 그리고 나서, 열처리를 통해 얻어진 합성물에 SiO2를 전체 중량 대비 0.3 wt%가 되도록 혼합한 후, 상기 비교예 1과 동일한 소결 과정을 거쳐, 비교예 5의 시료를 얻었다.
상기 비교예 2~6의 시료에 대하여, 상기 실시예 시료들과 마찬가지로, 파워 팩터 및 ZT값을 측정하고 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
먼저, 도 8의 비교예 측정 결과를 도 6의 실시예 측정 결과와 비교하여 살펴보면, 본 발명의 실시예 18~22의 열전 재료가 비교예 2~6의 열전 재료에 비해, 파워 팩터 증가 효과가 더욱 뛰어남을 알 수 있다.
또한, 도 9의 비교예 측정 결과를 도 7의 실시예 측정 결과와 비교하여 살펴보면, 본 발명의 실시예 18~22의 열전 재료가 비교예 2~6의 열전 재료에 비해, ZT 증가 효과가 더욱 뛰어남을 알 수 있다.
그러므로, 이러한 결과를 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 같이, BST계 재료에 A와 함께 Pb 및 Cu 를 첨가하는 경우, BST계 재료에 A만 첨가하는 경우보다, 파워 팩터 증가 효과 및 ZT 증가 효과가 더욱 개선된다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. Bi-Sb-Te계 재료로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 반도체.
    <화학식 1>
    BixSb2-xTe3PbaCubAc
    상기 화학식 1에서, A는 In, Ag, Fe, Co, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상이고, 0<x<2, 0≤a, 0≤b, 0≤c 및 0<a+b이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0130인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 a는, 0.0032≤a≤0.0065인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0316인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 b는, 0.0026≤b≤0.0211인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 a 및 b는, 0<a 및 0<b인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 a 및 b는, 0.0032≤a≤0.0065 및 0.0026≤b≤0.0106인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 a 및 b는, 0.0026≤a+b≤0.0446인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 c는, 0.0005≤c≤0.0554인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
  10. Bi, Sb 및 Te에 Pb 및 Cu 중 적어도 하나를 첨가하여 제1항의 화학식 1에 대응되도록 원료를 칭량하고 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 열처리하여 합성물을 형성하는 단계; 및
    상기 합성물을 가압 소결하는 단계
    를 포함하는 제1항의 화합물 반도체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열처리 단계 후 상기 가압 소결 단계 이전에, 상기 합성물에 In, Ag, Fe, Co, Ni, Si, Sn, SiO2 및 카본 블랙으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 열전 변환 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 P타입 열전 변환 재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 소자.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 벌크 열전 재료.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 태양 전지.
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