KR102269412B1 - Thermoelectric materials thermoelectrically enhanced by doping materials - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재에 있어서, MQ로 이루어진 열전소재에 M'Q'로 이루어진 도핑재가 첨가되는 것을 기술적 요지로 한다. (상기 M 및 상기 M'은 금속소재이며, 상기 Q 및 상기 Q'은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루룸(Te) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임.) 이에 의해 열전소재와 도핑재 간에 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하고 이를 통해 선택된 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 얻을 수 있다. 또한 도핑재의 열전특성에 따라 열전소재에 첨가되는 함량을 선택가능한 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 얻을 수 있다.A technical gist of the present invention is that a doping material made of M'Q' is added to a thermoelectric material made of MQ in a thermoelectric material whose thermoelectric performance is improved by adding a dopant. (The M and M' are metal materials, and Q and Q' are selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and mixtures thereof.) Accordingly, it is possible to obtain a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by comparing the lattice state and energy barrier values between the thermoelectric material and the dopant, and adding the selected dopant through this. In addition, it is possible to obtain a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material in which the content to be added to the thermoelectric material can be selected according to the thermoelectric properties of the doping material.

Description

도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재{Thermoelectric materials thermoelectrically enhanced by doping materials}Thermoelectric materials thermoelectrically enhanced by doping materials

본 발명은 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소재와 도핑재 간에 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하고 이를 통해 선택된 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a dopant, and more particularly, to a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by comparing the lattice state and energy barrier values between the thermoelectric material and the doping material, and adding a doping material selected through this. It's about the material.

열전현상(Thermolelectric effect)은 고체(Solid) 내 전자(Electron)나 정공(Hole)이 이동할 때 전하와 함께 운동에너지 또는 열에너지를 전달한다는 점에서 기인한다. 열전현상은 전기에너지와 열에너지 간의 직접적인 에너지 변환 현상으로 열전발전 및 열전냉각으로 활용 가능하다. 열전소재는 열전특성이 향상될수록 열전소자의 효율이 향상된다. 이러한 열전성능을 결정하는 열전특성은 열기전력(V), 제벡 계수(S), 펠티어 계수(π), 톰슨 계수(τ), 네른스트 계수(Q), 에팅스하우젠 계수(P), 전기전도도(σ), 출력인자(PF), 성능지수(Z), 무차원 성능지수(ZT), 열전도도(κ), 로렌츠수(L), 전기 저항율(ρ) 등과 같은 물성이다.The thermoelectric effect is due to the fact that kinetic energy or thermal energy is transferred together with the electric charge when electrons or holes in the solid move. The thermoelectric phenomenon is a direct energy conversion between electrical energy and thermal energy, and can be used for thermoelectric power generation and thermoelectric cooling. In a thermoelectric material, as thermoelectric properties are improved, the efficiency of a thermoelectric element is improved. Thermoelectric characteristics that determine such thermoelectric performance are thermoelectric (V), Seebeck coefficient (S), Peltier coefficient (π), Thomson coefficient (τ), Nernst coefficient (Q), Ettingshausen coefficient (P), electrical conductivity ( σ), output factor (PF), figure of merit (Z), dimensionless figure of merit (ZT), thermal conductivity (κ), Lorentz number (L), and electrical resistivity (ρ).

그 중 무차원 성능지수(Dimensionless figure of merit, ZT)는 열전 변환 에너지 효율을 결정하는 중요한 지표로써 다음과 같은 식을 통해 나타낼 수 있다.Among them, the dimensionless figure of merit (ZT) is an important index that determines the thermoelectric conversion energy efficiency and can be expressed through the following equation.

ZT=S2σT/κZT=S 2 σT/κ

여기서 S는 제벡계수[μV/K], σ는 전기전도도[1/(ohm×cm)], T는 온도[K], κ는 열전도도[W/mK2] 값을 나타낸다. 이와 같은 식에서 T를 제외한 부분은 출력인자(Power factor)로서 열전변환특성을 평가할 수 있는 척도이다. 출력인자는 소재의 단위면적당 단위길이의 출력을 나타내는 값이며 이 출력인자가 우수해야 높은 ZT 값을 얻을 수 있다. 다시 말해, 제벡계수와 전기전도도가 동시에 우수하며, 열전도도가 낮은 물질이 열전특성이 우수하다. 이러한 열전소재를 제조함으로써 냉각 및 발전의 효율을 높일 수 있게 된다.Here, S is the Seebeck coefficient [μV/K], σ is the electrical conductivity [1/(ohm×cm)], T is the temperature [K], and κ is the thermal conductivity [W/mK 2 ]. In this formula, the part excluding T is an output factor (power factor), which is a measure that can evaluate the thermoelectric conversion characteristics. The output factor is a value indicating the output of the unit length per unit area of the material, and a high ZT value can be obtained only when the output factor is excellent. In other words, the Seebeck coefficient and electrical conductivity are excellent at the same time, and a material with low thermal conductivity has excellent thermoelectric properties. By manufacturing such a thermoelectric material, it is possible to increase the efficiency of cooling and power generation.

열전소재 중 AgPbmSbTem +2 합금이 열전특성이 우수하다고 알려져 최근에는 이와 같이 열전소재에 금속 도핑재를 첨가하여 합금을 제조하기 위한 기술이 많이 연구되고 있다. 하지만 이러한 연구는 열전소재의 물성에 맞춰 도핑재를 선택하는 기준이 정해져 있지 않아 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상되는 열전소재를 정하는 데 한계가 있다.Among thermoelectric materials, AgPb m SbTe m +2 alloy is known to have excellent thermoelectric properties, and recently, a lot of research has been done on a technique for manufacturing an alloy by adding a metal dopant to the thermoelectric material. However, these studies have limitations in determining a thermoelectric material whose thermoelectric performance is improved by adding a dopant because there is no standard for selecting a dopant according to the physical properties of the thermoelectric material.

대한민국특허청 등록특허 제10-1417968호Korean Intellectual Property Office Registered Patent No. 10-1417968 대한민국특허청 등록특허 제10-1417965호Korean Intellectual Property Office Registered Patent No. 10-1417965

따라서 본 발명의 목적은 열전소재와 도핑재 간에 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하고 이를 통해 선택된 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by comparing lattice state and energy barrier values between a thermoelectric material and a dopant, and adding a doping material selected through this.

또한 도핑재의 열전특성에 따라 열전소재에 첨가되는 함량을 선택가능한 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material in which the content to be added to the thermoelectric material can be selected according to the thermoelectric characteristics of the doping material.

상기한 목적은, MQ로 이루어진 열전소재에 M'Q'로 이루어진 도핑재가 첨가되는 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재에 의해 달성된다. (상기 M 및 상기 M'은 금속소재이며, 상기 Q 및 상기 Q'은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루룸(Te) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임.)The above object is achieved by a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that a doping material made of M'Q' is added to a thermoelectric material made of MQ. (The M and M' are metal materials, and Q and Q' are selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and mixtures thereof.)

여기서, 상기 M'Q'은, 상기 MQ와 상기 M'Q'의 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하여 선택되는 데, 상기 MQ와 상기 M'Q'의 격자상태는, 격자상수(Lattice constant) 및 격자구조(Lattice structure) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 비교하는 것이 바람직하다.Here, the M'Q' is selected by comparing the lattice state and energy barrier values of the MQ and the M'Q', and the lattice state of the MQ and the M'Q' is a lattice constant (Lattice constant) And it is preferable to compare including at least one of the lattice structure (Lattice structure).

상기 M'Q'은, 상기 MQ의 격자상수 값에 대해 -10% 내지 10%의 격자상수 값을 갖도록 선택되거나, 상기 MQ의 격자구조와 동일한 격자구조를 가지는 것이 선택되는 것이 바람직하다.The M'Q' is preferably selected to have a lattice constant value of -10% to 10% with respect to the lattice constant value of the MQ, or is selected to have the same lattice structure as the lattice structure of the MQ.

또한, 상기 MQ와 상기 M'Q'의 에너지 베리어 값은, 전도대(Conduction band)는 0.3eV 이하이며, 가전자대(Valence band)는 0.3eV 이상이거나, 전도대(Conduction band)는 0.3eV 이상이며, 가전자대(Valence band)는 0.3eV 이하인 것이 바람직하다.In addition, the energy barrier values of MQ and M 'Q' are less than or equal to 0.3 eV in the conduction band, and greater than or equal to 0.3 eV in the valence band, or greater than or equal to 0.3 eV in the conduction band, The valence band is preferably 0.3 eV or less.

상술한 본 발명의 구성에 따르면 열전소재와 도핑재 간에 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하고 이를 통해 선택된 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 얻을 수 있다.According to the configuration of the present invention described above, it is possible to obtain a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by comparing the lattice state and energy barrier values between the thermoelectric material and the dopant, and adding the selected doping material through this.

또한 도핑재의 열전특성에 따라 열전소재에 첨가되는 함량을 선택가능한 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to obtain a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material in which the content to be added to the thermoelectric material can be selected according to the thermoelectric properties of the doping material.

도 1은 소재에 따른 격자상수 값을 나타낸 그래프이고,
도 2a 및 도 2b는 n 및 p 타입 열전소자에서 전자 및 정공의 흐름을 나타낸 개략도이고,
도 3은 소재에 따른 전도대 및 가전자대 값을 나타낸 그래프이고,
도 4는 도 3을 전도대 값의 순서에 맞춰 정리한 그래프이고,
도 5는 도 3을 가전자대 값을 순서에 맞춰 정리한 그래프이고,
도 6은 ZnO와 Bi2Te3의 격자형태를 나타낸 도면이고,
도 7은 (Bi2Te2 .7Se0 .3)/(ZnO) 열전소재의 전자 베리어 및 홀 베리어를 나타낸 도면이고,
도 8은 ZnO가 첨가되는 양에 따른 열전소재의 전기 저항율을 나타낸 그래프이고,
도 9는 열전소재의 제벡 계수를 나타낸 그래프이고,
도 10은 열전소재의 열전도도를 나타낸 그래프이고,
도 11은 열전소재의 무차원 성능지수를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the lattice constant value according to the material,
2a and 2b are schematic views showing the flow of electrons and holes in n and p-type thermoelectric devices,
3 is a graph showing the conduction band and valence band values according to the material,
4 is a graph of FIG. 3 arranged in the order of conduction band values;
5 is a graph in which the valence band values of FIG. 3 are arranged in order,
6 is a view showing the lattice form of ZnO and Bi2Te3,
7 is a (Bi 2 Te 2 .7 Se 0 .3) / (ZnO) a view of the electron barrier and the hole barrier in the thermal material,
8 is a graph showing the electrical resistivity of the thermoelectric material according to the amount of ZnO added;
9 is a graph showing the Seebeck coefficient of the thermoelectric material,
10 is a graph showing the thermal conductivity of the thermoelectric material,
11 is a graph showing the dimensionless figure of merit of the thermoelectric material.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재를 상세히 설명한다.Hereinafter, a thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a dopant according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

금속소재인 M과 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루룸(Te) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 Q로 이루어진 MQ 열전소재에, 마찬가지로 금속소재인 M'과 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루룸(Te) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 Q'로 이루어진 M'Q' 도핑재를 첨가하여 새로운 열전소재를 얻는다. 여기서 금속소재인 M 및 M'은 복수의 금속이 혼합된 금속합금도 사용 가능하다. 경우에 따라서 M 및 M'은 동일한 금속소재이거나, Q 및 Q'은 동일한 소재가 되도록 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재를 선택할 수 있다.In an MQ thermoelectric material consisting of a metal material M and Q selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and mixtures thereof, M′ and oxygen ( O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and a new thermoelectric material is obtained by adding an M'Q' dopant composed of Q' selected from the group consisting of mixtures thereof. Here, as the metal materials M and M', a metal alloy in which a plurality of metals are mixed may also be used. In some cases, MQ thermoelectric material and M'Q' doping material may be selected so that M and M' are the same metal material or Q and Q' are the same material.

M'Q' 도핑재가 첨가되면 특정 격자상태를 띄고 있는 MQ 열전소재의 사이에 배치되어 격자상태가 변하게 되고 이를 통해 열전성능이 향상될 수 있다. 이와 같이 MQ 열전소재 사이에 배치되기 위해서는 M'Q' 도핑재가 MQ 열전소재와 유사한 격자상태를 가져야 한다. 격자상태는 격자상수(Lattice constant) 또는 격자구조(Lattice structure)를 말하며 이들 중 하나가 MQ 열전소재와 유사하거나 둘 다 유사한 경우 M'Q' 도핑재로 적합하다. 즉 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재의 격자상수 값을 비교하였을 때 유사 또는 동일해야 새로운 열전소재의 열전성능이 증가할 수 있다.When the M'Q' dopant is added, it is placed between MQ thermoelectric materials having a specific lattice state to change the lattice state, thereby improving thermoelectric performance. In order to be disposed between the MQ thermoelectric materials in this way, the M'Q' dopant must have a lattice state similar to that of the MQ thermoelectric material. Lattice state refers to a lattice constant or a lattice structure, and if one of them is similar to MQ thermoelectric material or both are similar, it is suitable as an M'Q' dopant. That is, when the lattice constant values of the MQ thermoelectric material and the M'Q' dopant are compared, the thermoelectric performance of the new thermoelectric material can be increased only when they are similar or identical.

격자상수를 비교해보면 MQ 열전소재의 격자상수 값에 대해 M'Q' 도핑재는 코히런트(Coherent) 계면 형성 가능성이 높은 -10% 내지 10%의 격자상수 값을 가지는 것이 바람직하다. 이는 도 1의 격자상수가 기재된 그래프를 통해 상세히 설명한다. 도 1에 기재된 소재들은 MQ 열전소재 또는 M'Q' 도핑재가 될 수 있는데, 함유량이 많을 경우 MQ 열전소재가 되고 MQ 열전소재보다 함유량이 적을 경우에는 M'Q 도핑재가 된다. Comparing the lattice constant, it is preferable that the M'Q' dopant has a lattice constant value of -10% to 10% with a high possibility of forming a coherent interface with respect to the lattice constant value of the MQ thermoelectric material. This will be described in detail through the graph in which the lattice constant of FIG. 1 is described. The materials described in FIG. 1 may be an MQ thermoelectric material or an M'Q' doping material, and when the content is high, the MQ thermoelectric material is used, and when the content is lower than the MQ thermoelectric material, the M'Q doping material is used.

MQ 열전소재의 격자상수는 다음의 방법으로 실시하여 계산할 수 있다. 범밀도 함수론(Density functional theory)에 기반한 양자전산 모사 계산방법을 수행하였다. VASP DFT 코드와 평면파 기반(Planewave basis), PAW 포텐셜, PBE exchange-correlation 에너지 근사법을 사용하였다. 주어진 격자 구조에 대한 구조 최적화(Structure relaxation) 계산을 진행하여 총에너지(Total energy) 값이 최소가 되는 격자상수와 원자구조를 구하였다. 이는 M'Q' 도핑재의 격자상수를 구하는 법에도 적용될 수 있다.The lattice constant of MQ thermoelectric material can be calculated by performing the following method. A quantum computational simulation calculation method based on Density functional theory was performed. We used VASP DFT code and planewave basis, PAW potential, and PBE exchange-correlation energy approximation. Structure relaxation calculations were performed for a given lattice structure to obtain the lattice constant and atomic structure with the minimum total energy value. This can also be applied to the method of obtaining the lattice constant of the M'Q' dopant.

도 1에서 h-Bi2Te3의 경우 격자상수 값이 6.29Å으로 나타나 있다. 이를 MQ 열전소재로 할 경우 MQ 열전소재의 상수 값이 6.29Å이기 때문에 M'Q' 도핑재로 사용가능한 격자상수 값은 -10% 내지 10%인 5.66Å 내지 6.92Å가 된다. 이와 같은 범위 내에 있는 소재로는 BaS, BaSe, CaS, CaSe, CaTe 등이 있으며, 이는 h-Bi2Te3 열전소재의 도핑재로 적합하다. 또한 격자상수가 6.56Å인 PbTe의 경우 M'Q' 도핑재로써 5.90Å 내지 7.22Å의 격자상수 값을 가지는 소재를 사용할 수 있다. 여기서 MQ 열전소재와 비교하여 M'Q' 도핑재의 격자상수 값이 -10% 내지 10%를 벗어나게 될 경우 MQ 열전소재의 사이에 배치되지 못하고 서로 분리되기 때문에 열전성능을 증가시키는 역할을 하지 못할 뿐만 아니라, 방해물로 작용하여 전류의 흐름에 악영향을 줄 수 있다.In FIG. 1 , in the case of h-Bi 2 Te 3 , the lattice constant value is 6.29 Å. When this is used as an MQ thermoelectric material, since the constant value of the MQ thermoelectric material is 6.29 Å, the lattice constant value that can be used as the M'Q' dopant is 5.66 Å to 6.92 Å, which is -10% to 10%. Materials within this range include BaS, BaSe, CaS, CaSe, CaTe, etc., which are h-Bi 2 Te 3 It is suitable as a doping material for thermoelectric materials. In addition, in the case of PbTe having a lattice constant of 6.56 Å, a material having a lattice constant value of 5.90 Å to 7.22 Å may be used as an M'Q' dopant. Here, when the lattice constant value of the M'Q' dopant is out of -10% to 10% compared to the MQ thermoelectric material, it cannot be placed between the MQ thermoelectric materials and is separated from each other, so it does not play a role in increasing the thermoelectric performance. Rather, it may act as an obstruction and adversely affect the flow of current.

M'Q' 도핑재를 선택할 때 격자상수 대신 격자구조를 비교하여 선택할 수도 있다. 격자구조의 경우 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재가 동일한 격자구조를 가지고 있어야 한다. 동일한 격자구조를 가지는 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재가 혼합되면 마이크로 또는 나노미터 영역에서 코히런트(Coherent) 또는 세미-코히런트(Semi-coherent) 계면을 형성하여 전기전도도 손실을 줄일 수 있다.When selecting the M'Q' dopant, it may be selected by comparing the lattice structure instead of the lattice constant. For the lattice structure, the MQ thermoelectric material and the M'Q' doping material must have the same lattice structure. When the MQ thermoelectric material having the same lattice structure and the M'Q' dopant are mixed, a coherent or semi-coherent interface is formed in the micro or nanometer region, thereby reducing electrical conductivity loss.

MQ 열전소재의 경우 격자구조가 Rock-salt-type 또는 distorted rock-salt-type인 MQ, Antifluororite 또는 distorted antifluororite 형상인 M2Q, Rhombohedral 또는 tetradymite 형상인 M2Q3, MQ2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. M'Q' 도핑재의 경우 MQ 열전소재와 마찬가지로 격자구조가 M'Q', M'2Q', M'2Q'3, M'Q'2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 따라서 격자구조가 M2O인 열전소재에 첨가되는 도핑재는 열전소재와 마찬가지로 격자구조가 M'2Q'인 것이 바람직하다. 만약 격자상수가 유사하지 않으면서 격자구조도 일치하지 않을 경우, 열전소재와 도핑재가 서로 섞이지 못하고 방해물로 작용한다.In the case of MQ thermoelectric materials, the lattice structure consists of MQ with rock-salt-type or distorted rock-salt-type, M 2 Q with antifluororite or distorted antifluororite shape, M 2 Q 3 with rhombohedral or tetradymite shape, MQ 2 and mixtures thereof. selected from the group. In the case of the M'Q' dopant, like the MQ thermoelectric material, the lattice structure is selected from the group consisting of M'Q', M' 2 Q', M' 2 Q' 3 , M'Q' 2 and mixtures thereof. Therefore, the doping material added to the thermoelectric material having a lattice structure of M 2 O preferably has a lattice structure of M′ 2 Q′ like the thermoelectric material. If the lattice constants are not similar and the lattice structure is not identical, the thermoelectric material and the dopant do not mix and act as an obstacle.

따라서 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재는 격자상수가 유사하거나 격자구조가 동일한 것을 혼합하게 되면 열전성능이 향상될 수 있다. 또는 격자상수 및 격자구조 둘 다 바람직한 값을 가질 경우 열전성능이 더욱 향상될 것으로 기대된다.Therefore, if the MQ thermoelectric material and the M'Q' dopant have similar lattice constants or are mixed with the same lattice structure, the thermoelectric performance can be improved. Alternatively, when both the lattice constant and the lattice structure have desirable values, the thermoelectric performance is expected to be further improved.

MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재는 격자상태뿐만 아니라 에너지 베리어(Energy barrier) 값도 비교하여 선택해야 한다. 에너지 베리어 값은 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재의 전도대(Couduction band) 차이와 가전자대(Valence band) 차이를 통해 비교할 수 있다. MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재의 전도대 차이가 0.3eV 이하일 경우 가전자대 차이는 0.3eV 이상이어야 하고, 전도대 차이가 0.3eV 이상일 경우 가전자대 차이는 0.3eV 이하여야 한다. 이는 MQ 열전소재에서 다수전하(Majority carrier)는 M'Q' 도핑재를 통해 흐름이 방해되지 않으며, MQ 열전소재의 소수전하(Minority carrier)는 M'Q' 도핑재를 통과시 흐름이 방해되어 전기전도도가 유지되어야 하기 때문이다. 이를 통해 제벡계수와 열전도도가 향상되고 최종적으로 무차원 성능지수가 증가하여 열전성능이 향상된다.MQ thermoelectric material and M'Q' doping material should be selected by comparing not only the lattice state but also the energy barrier value. The energy barrier value can be compared through the difference between the conduction band and the valence band between the MQ thermoelectric material and the M'Q' dopant. If the conduction band difference between the MQ thermoelectric material and the M'Q' dopant is 0.3 eV or less, the valence band difference must be 0.3 eV or more, and when the conduction band difference is 0.3 eV or more, the valence band difference must be 0.3 eV or less. This is because in MQ thermoelectric material, the flow of the majority carrier is not interrupted through the M'Q' dopant, and the minority carrier of the MQ thermoelectric material is prevented from flowing through the M'Q' doping material. This is because electrical conductivity must be maintained. Through this, the Seebeck coefficient and thermal conductivity are improved, and finally, the dimensionless figure of merit increases, thereby improving the thermoelectric performance.

에너지 베리어 값의 계산은 다음과 같은 방법을 통해 실시하였다. 각 MQ 열전소재 또는 M'Q' 도핑재의 표면원자구조를 구현하고 DFT 전자구조를 계산하여 진공에너지(Vacuum energy: Evac) 대비하여 전자구조를 계산하고, 이를 통해 얻은 가전자대 최대점(Valence band maximum: Ev)과 전도대 최소점(Conduction band minimum: Ec) 값을 계산하였다. 그리고 각 소재의 Evac-Ev와 Evac-Ec 값을 계산하여 에너지 베리어 값을 얻을 수 있었다.The energy barrier value was calculated using the following method. The surface atomic structure of each MQ thermoelectric material or M'Q' dopant is implemented, the electronic structure of the DFT is calculated, and the electronic structure is calculated in comparison with the vacuum energy (Evac), and the valence band maximum obtained through this : Ev) and conduction band minimum (Ec) values were calculated. And energy barrier values were obtained by calculating the Evac-Ev and Evac-Ec values of each material.

만약 전도대 차이와 가전자대 차이가 모두 0.3eV 이하일 경우 M'Q' 도핑재를 첨가하여도 열전성능 향상이 미미하며, 전도대 차이와 가전자대 차이가 모두 0.3eV 이상일 경우 MQ 열전소재의 사이에 배치되지 못하고 서로 분리되기 때문에 열전성능을 증가시키는 역할을 하지 못할 뿐만 아니라, 방해물로 작용하여 전류의 흐름에 악영향을 줄 수 있다.If the conduction band difference and the valence band difference are both less than 0.3 eV, the thermoelectric performance improvement is insignificant even with the addition of M'Q' doping material. If the conduction band difference and the valence band difference are both 0.3 eV or more, it is not placed between MQ thermoelectric materials. Since they are separated from each other, they cannot serve to increase the thermoelectric performance, but also act as an obstacle and adversely affect the flow of current.

이를 도 2에 도시된 바와 같이 열반도체 소자에 적용해서 설명할 수 있다. 도 2a는 n 타입의 열반도체 소자를 나타낸 것으로 EB . major는 n 타입에서 다수전하인 전자(Electron)를 나타낸다. 다수전하인 전자는 전도대 차이 또는 가전자대 차이가 0.3eV 이하가 되어야 원활하게 이동할 수 있다. EB . minor는 n 타입에서 소수전하인 정공(Hole)을 나타낸 것으로, 이는 전자의 이동을 막는 수준보다 큰 수준으로 이루어져야 하므로 전자를 막는 수준인 0.3eV 이하보다 커야한다. 즉 소수전하인 경우 전도대 또는 가전자대 차이가 0.3eV 이상이 되어야 한다.This can be explained by applying it to a thermal semiconductor device as shown in FIG. 2 . Figure 2a shows an n-type thermal semiconductor device E B . major represents electrons, which are majority charges in n-type. Electrons, which are majority-charged, can move smoothly when the conduction band difference or the valence band difference is 0.3 eV or less. E B . minor represents a hole, which is a minor charge in the n-type, and should be greater than the level that blocks electrons, which is 0.3 eV or less, since it should be made at a level that is higher than the level that blocks electron movement. That is, in the case of a minor charge, the difference between the conduction band and the valence band must be 0.3 eV or more.

이와 반대로 도 2b와 같이 p 타입의 열반도체 소자는 EB . major가 정공이 되며 EB.minor가 전자가 된다. 따라서 정공이 전도대 차이 또는 가전자대 차이가 0.3eV 이하이게 되면 전자는 반대로 0.3eV가 된다. n 타입의 열반도체에서는 전자의 흐름에 따라, p 타입의 열반도체에서는 정공의 흐름에 따라 열이 이동하여 흡열부의 온도가 낮아지며, n 타입과 p 타입은 에너지 베리어 값이 서로 반대인 것이 바람직하다.On the contrary, as shown in FIG. 2b , the p-type thermal semiconductor device is E B . Major becomes hole and E B.minor becomes electron. Therefore, when the hole conduction band difference or the valence band difference is 0.3 eV or less, the electron becomes 0.3 eV conversely. In an n-type thermal semiconductor, heat moves according to the flow of electrons, and in a p-type thermal semiconductor, heat moves according to the flow of holes to lower the temperature of the heat absorbing part. It is preferable that the energy barrier values of n-type and p-type are opposite to each other.

이와 같이 MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재의 전도대 차이가 0.3eV 이하일 경우 가전자대 차이는 0.3eV 이상이어야 하고, 전도대 차이가 0.3eV 이상일 경우 가전자대 차이는 0.3eV 이하가 되어야 한다.As such, when the conduction band difference between the MQ thermoelectric material and the M'Q' doping material is 0.3 eV or less, the valence band difference must be 0.3 eV or more, and when the conduction band difference is 0.3 eV or more, the valence band difference must be 0.3 eV or less.

도 3은 MQ 열전소재 또는 M'Q' 도핑재로 사용 가능한 소재들의 전도대(CB) 및 가전자대(VB)를 나타낸 그래프이다. 다음과 같이 계산된 그래프를 통해 두 가지 소재에 대한 전도대 차이 및 가전자대 차이를 확인할 수 있으며, 전도대 차이 및 가전자대 차이를 통해 열전성능을 향상시킬 수 있는 소재를 선택가능하다.3 is a graph showing the conduction band (CB) and the valence band (VB) of materials that can be used as MQ thermoelectric materials or M'Q' doping materials. Through the graph calculated as follows, the conduction band difference and the valence band difference for the two materials can be checked, and a material that can improve the thermoelectric performance through the conduction band difference and the valence band difference can be selected.

도 3을 전도대 값에 따라 정리한 도 4를 통해 비교해 보면, Sb2Te3와 wz-ZnO가 전도대 차이는 0.3eV 이하이면서 가전자대 차이는 0.3eV 이상으로 나타난다. 따라서 Sb2Te3 또는 wz-ZnO 중 하나를 MQ 열전소재로 하고 다른 하나를 M'Q' 도핑재로 하여 이들을 혼합할 경우 열전성능이 향상될 것으로 예측할 수 있다.Comparing FIG. 3 with FIG. 4 organized according to conduction band values, the conduction band difference between Sb 2 Te 3 and wz-ZnO is 0.3 eV or less, and the valence band difference is 0.3 eV or more. So Sb 2 Te 3 Alternatively, it can be predicted that the thermoelectric performance will be improved when one of wz-ZnO is used as an MQ thermoelectric material and the other is used as an M'Q' dopant and mixed.

도 5는 도 3을 가전자대 값에 따라 순차적으로 정리한 그래프로, 이를 확인해보면 Bi2Se3와 zb-ZnS가 가전자대 차이는 0.3eV 이하이면서 전도대 차이는 0.3eV 이상으로 나타난다. 즉 Bi2Se3 또는 zb-ZnS 중 하나를 MQ 열전소재로 하고 다른 하나를 M'Q' 도핑재로 하여 이들을 혼합할 경우 열전성능이 향상될 것으로 예측할 수 있다.FIG. 5 is a graph sequentially arranged according to the valence band values of FIG. 3, and when it is confirmed, the valence band difference between Bi 2 Se 3 and zb-ZnS is 0.3 eV or less, and the conduction band difference is 0.3 eV or more. i.e. Bi 2 Se 3 Alternatively, if one of zb-ZnS is used as an MQ thermoelectric material and the other is used as an M'Q' dopant, it can be predicted that the thermoelectric performance will be improved.

MQ 열전소재와 M'Q' 도핑재는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 BaS, BaSe, BaTe, CaS, CaSe, CaTe, zb-CdS, zb-CdSe, zb-CdTe, CeS, CeSe, CeTe, EuS, EuSe, EuTe, GeS, GeSe, GeTe, zb-HgS, zb--HgSe, zb-HgTe, LaS, LaSe, LaTe, MgS, MgSe, MgTe, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, SrS, SrSe, SrTe, zb-ZnS, zb-ZnSe, zb-ZnTe, m-Ag2Te, c-Ag2Te, Na2Te, h-Bi2Se3, h-Sb2Se3, h-Bi2Te2Se, h-Bi2Te3, h-Sb2Te3, wz-ZnO, graphene, ML H-MoS2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하나 이 이외의 다른 소재를 사용하여도 무방하다.MQ thermoelectric material and M'Q' doping material are BaS, BaSe, BaTe, CaS, CaSe, CaTe, zb-CdS, zb-CdSe, zb-CdTe, CeS, CeSe, CeTe, EuS, EuSe, EuTe, GeS, GeSe, GeTe, zb-HgS, zb--HgSe, zb-HgTe, LaS, LaSe, LaTe, MgS, MgSe, MgTe, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, SrS , SrSe, SrTe, zb-ZnS, zb-ZnSe, zb-ZnTe, m-Ag 2 Te, c-Ag 2 Te, Na 2 Te, h-Bi 2 Se 3 , h-Sb 2 Se 3 , h-Bi 2 Te 2 Se, h-Bi 2 Te 3 , h-Sb 2 Te 3 , wz-ZnO, graphene, ML H-MoS 2 and mixtures thereof are preferably selected from the group consisting of, but other materials may be used free of charge

MQ는 열전특성을 가지는 열전소재이나, M'Q' 도핑재의 경우 열전소재 또는 비열전소재를 선택하여 사용가능하다. 만약 M'Q' 도핑재가 비열전소재일 경우 MQ 열전소재 100중량부에 대해 1 내지 25중량부 혼합되는 것이 바람직하다. M'Q' 도핑재가 1중량부 미만일 경우 열전성능 향상 효과가 미미하며, 25중량부를 초과할 경우 비열전소재인 M'Q' 도핑재에 의해 오히려 열전성능이 떨어질 수 있다.MQ is a thermoelectric material having thermoelectric properties, but in the case of M'Q' doping material, it is possible to select a thermoelectric material or a non-thermoelectric material. If the M'Q' dopant is a non-thermoelectric material, it is preferable to mix 1 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the MQ thermoelectric material. When the amount of the M'Q' dopant is less than 1 part by weight, the thermoelectric performance improvement effect is insignificant, and when it exceeds 25 parts by weight, the thermoelectric performance may be rather deteriorated by the M'Q' dopant, a non-thermoelectric material.

M'Q' 도핑재가 열전특성을 가지는 소재일 경우 MQ 열전소재 100중량부에 대해 1 내지 100중량부 혼합되는 것이 바람직하다. 1중량부 미만일 경우 마찬가지로 열전성능 향상 효과가 미미하며, 100중량부를 초과할 경우 도핑재가 아닌 주소재로 되어 원래 주소재인 MQ 열전소재의 특성을 얻지 못할 수 있다.When the M'Q' dopant is a material having thermoelectric properties, it is preferable to mix 1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the MQ thermoelectric material. If it is less than 1 part by weight, the effect of improving the thermoelectric performance is similarly insignificant, and if it exceeds 100 parts by weight, it becomes the main material, not the doping material, and the characteristics of the MQ thermoelectric material, the original main material, may not be obtained.

상기와 같은 특성들을 통해 선택된 (Bi2Te2 .7Se0 .3)/(ZnO) 열전소재의 열전성능을 측정한 결과를 도 6 내지 도 11을 통해 확인할 수 있다. 도 6은 Bi2Te2 .7Se0 .3 열전소재와 ZnO 도핑재의 격자형상을 나타낸 도면으로 도면에서 확인할 수 있듯이 열전소재와 도핑재의 격자형상이 서로 유사하다. 도 7은 (Bi2Te2 .7Se0 .3)/(ZnO) 열전소재의 전자 베리어와 홀 베리어를 계산을 통해 예측한 값을 나타내는 도면이다. 여기서 예측되는 전자 베리어는 0 내지 0.3eV이고, 홀 베리어는 2.9 내지 3.3eV이다. Through characteristic as described above it can be confirmed through the selected (Bi 2 Te 2 .7 Se 0 .3) / (ZnO) 11 6 to the result of measuring the thermal performance of the thermal conductive material. 6 is a Bi 2 Te 2 .7 Se 0 .3 thermal material and doped ZnO As can be seen in the drawing to the drawing showing a material lattice-like thermoelectric materials and doping material grid pattern is similar to each other. 7 is a diagram showing the values predicted through the (Bi 2 Te 2 .7 Se 0 .3) / (ZnO) calculating the electron barrier and the hole barrier material of the heat. Here, the predicted electron barrier is 0 to 0.3 eV, and the hole barrier is 2.9 to 3.3 eV.

이와 같이 본 발명을 통해 열전성능이 향상될 것으로 예상되는 격자형상과 에너지 베리어 값을 가지는 (Bi2Te2 .7Se0 .3)/(ZnO) 열전소재를 이용하여 열전성능 실험을 하였다. 여기서 ZnO(vol 0.0%)는 ZnO 도핑재를 첨가하지 않은 (Bi2Te2 .7Se0 .3) 열전소재를 의미하며, ZnO(vol 1.0%)는 ZnO 도핑재를 전체 부피에 대해 1% 부피비만큼 첨가한 (Bi2Te2 .7Se0 .3)/(ZnO) 열전소재를 의미한다.Thus, by using the (Bi 2 Te 2 .7 Se 0 .3) / (ZnO) thermoelectric material having a grid-like barrier and the energy value which is expected to improve the thermal performance of the present invention was the thermal performance testing. Here, ZnO (0.0 vol%) is not added, is ZnO doped material (.7 Bi 2 Te 2 Se 0 .3) means the thermal and material, ZnO (1.0 vol%) to 1% of the ZnO-doped material to the total volume volume ratio by means of the addition (.7 Bi 2 Te 2 Se 0 .3) / (ZnO) thermal conductive material.

도 8은 열전소재의 전기 저항율(Electrical resistivity)을 나타낸 그래프로 ZnO 도핑재가 첨가되지 않은 열전소재보다 ZnO 도핑재가 1% 첨가된 열전소재의 전기 저항율은 높은 것을 확인할 수 있다. 8 is a graph showing the electrical resistivity of the thermoelectric material, and it can be seen that the thermoelectric material to which 1% of the ZnO dopant is added has a higher electrical resistivity than the thermoelectric material to which the ZnO dopant is not added.

도 9는 도 8과 동일한 비율로 ZnO 도핑재가 첨가된 열전소재의 제벡 계수를 나타낸 그래프로 300 내지 550K의 온도에서 ZnO 도핑재가 첨가된 열전소재의 제벡 계수 값이 높은 것을 확인하였으며, 600K에서도 비슷하기는 하지만 ZnO 도핑재가 첨가된 열전소재의 제벡 계수 값이 ZnO 도핑재가 첨가되지 않은 열전소재보다 조금 높은 것을 확인할 수 있다.9 is a graph showing the Seebeck coefficient of the thermoelectric material to which the ZnO dopant is added in the same proportion as in FIG. 8. It was confirmed that the Seebeck coefficient value of the thermoelectric material to which the ZnO dopant was added at a temperature of 300 to 550K was high, and similar at 600K. However, it can be seen that the Seebeck coefficient value of the thermoelectric material to which the ZnO dopant is added is slightly higher than that of the thermoelectric material to which the ZnO dopant is not added.

도 10은 열전소재의 열전도도(Themal conductivity)를 측정한 값을 나타낸 그래프로, ZnO 도핑재가 첨가되지 않은 열전소재보다 ZnO 도핑재가 첨가된 열전소재가 열전도도가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 10 is a graph showing the measured values of the thermal conductivity of the thermoelectric material. It was confirmed that the thermoelectric material to which the ZnO dopant was added had lower thermal conductivity than the thermoelectric material to which the ZnO dopant was not added.

하지만 도 11에 도시된 바와 같이 도 8 내지 10을 통해 얻어진 값을 통해 계산된 무차원 성능지수(ZT) 값을 확인해보면 ZnO 도핑재가 첨가된 열전소재가 무차원 성능지수 값이 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 ZnO 도핑재가 첨가될 경우 열전성능이 향상되는 것을 의미한다.However, as shown in FIG. 11 , when the dimensionless figure of merit (ZT) value calculated through the values obtained through FIGS. 8 to 10 is checked, it can be confirmed that the thermoelectric material to which the ZnO dopant is added has a high dimensionless figure of merit value. . This means that the thermoelectric performance is improved when the ZnO dopant is added.

이와 같이 종래에는 열전소재의 열전 성능을 증가시키 위해 도핑재를 추가하였는데, 열전소재에 따른 도핑재를 선택하기 위한 기준이 따로 마련되어 있지 않았다. 이를 위해 본 발명에서는 열전소재의 격자상태와 에너지 베리어 값을 도핑재와 비교하고 적절한 격자상태와 에너지 베리어 값을 가진 도핑재를 첨가한 열전소재를 얻을 수 있었다. 이를 실제로 실험해본 결과 도핑재를 첨가하지 않은 열전소재보다 본 발명을 통해 선택된 도핑재를 첨가한 열전소재가 열전 성능이 향상된 것을 확인할 수 있었다.As described above, conventionally, a dopant is added to increase the thermoelectric performance of a thermoelectric material, but a standard for selecting a doping material according to the thermoelectric material is not separately provided. To this end, in the present invention, the lattice state and energy barrier value of the thermoelectric material were compared with the doping material, and a thermoelectric material to which a dopant having an appropriate lattice state and energy barrier value was added was obtained. As a result of an actual experiment, it was confirmed that the thermoelectric performance of the thermoelectric material to which the doping material selected through the present invention was added was improved compared to the thermoelectric material to which the dopant was not added.

Claims (13)

MQ로 이루어진 열전소재에 M'Q'로 이루어진 도핑재가 첨가되고,
상기 M'Q'은, 상기 MQ와 상기 M'Q'의 격자상태 및 에너지 베리어 값을 비교하여 선택되며,
상기 MQ와 상기 M'Q'의 에너지 베리어 값은,
(1) 전도대(Conduction band)는 0.3eV 이하이며 가전자대(Valence band)는 0.3eV 이상이거나,
(2) 전도대(Conduction band)는 0.3eV 이상이며 가전자대(Valence band)는 0.3eV 이하인 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
(상기 M 및 상기 M'은 금속소재이며,
상기 Q 및 상기 Q'은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루룸(Te) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것임)
A doping material made of M'Q' is added to the thermoelectric material made of MQ,
The M'Q' is selected by comparing the lattice state and energy barrier values of the MQ and M'Q',
The energy barrier values of the MQ and M'Q' are,
(1) Conduction band is 0.3 eV or less and valence band is 0.3 eV or more,
(2) A thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that the conduction band is 0.3 eV or more and the valence band is 0.3 eV or less.
(The above M and M 'is a metal material,
wherein Q and Q' are selected from the group consisting of oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), and mixtures thereof)
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 MQ와 상기 M'Q'의 격자상태는,
격자상수(Lattice constant) 및 격자구조(Lattice structure) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 비교하는 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
The lattice state of the MQ and M'Q' is,
A thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that it includes at least one of a lattice constant and a lattice structure.
제 3항에 있어서,
상기 M'Q'은,
상기 MQ의 격자상수 값에 대해 -10% 내지 10%의 격자상수 값을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
4. The method of claim 3,
The M'Q' is,
Thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that it is selected to have a lattice constant value of -10% to 10% with respect to the lattice constant value of MQ.
제 3항에 있어서,
상기 M'Q'는,
상기 MQ의 격자구조와 동일한 격자구조를 가지는 것이 선택되는 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
4. The method of claim 3,
The M'Q' is,
Thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that those having the same lattice structure as the lattice structure of the MQ are selected.
제 5항에 있어서,
상기 MQ의 격자구조는,
MQ, M2Q, M2Q3, MQ2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 M'Q'의 격자구조는,
M'Q', M'2Q', M'2Q'3, M'Q'2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
6. The method of claim 5,
The lattice structure of the MQ is,
MQ, M 2 Q, M 2 Q 3 , MQ 2 and mixtures thereof,
The lattice structure of M'Q' is,
A thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that it is selected from the group consisting of M'Q', M' 2 Q', M' 2 Q' 3 , M'Q' 2 and mixtures thereof.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 M 및 상기 M'은 동일한 금속소재인 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
Thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that M and M' are the same metal material.
제 1항에 있어서,
상기 Q 및 상기 Q'은 동일한 소재인 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
Thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that Q and Q' are the same material.
제 1항에 있어서,
상기 M'Q'는 상기 MQ 100중량부에 대해 1 내지 25중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
The thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that the M'Q' is mixed in an amount of 1 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the MQ.
제 1항에 있어서,
상기 M'Q'는 열전특성을 가지며, 상기 MQ 100중량부에 대해 1 내지 100중량부 혼합된 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
The M'Q' has thermoelectric properties, and thermoelectric performance is improved by adding a doping material, characterized in that 1 to 100 parts by weight are mixed with respect to 100 parts by weight of MQ.
제 1항에 있어서,
상기 MQ는 또는 상기 M'Q'는,
BaS, BaSe, BaTe, CaS, CaSe, CaTe, zb-CdS, zb-CdSe, zb-CdTe, CeS, CeSe, CeTe, EuS, EuSe, EuTe, GeS, GeSe, GeTe, zb-HgS, zb--HgSe, zb-HgTe, LaS, LaSe, LaTe, MgS, MgSe, MgTe, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, SrS, SrSe, SrTe, zb-ZnS, zb-ZnSe, zb-ZnTe, m-Ag2Te, c-Ag2Te, Na2Te, h-Bi2Se3, h-Sb2Se3, h-Bi2Te2Se, h-Bi2Te3, h-Sb2Te3, wz-ZnO, graphene, ML H-MoS2 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 도핑재를 첨가하여 열전성능이 향상된 열전소재.
The method of claim 1,
The MQ or the M'Q' is,
BaS, BaSe, BaTe, CaS, CaSe, CaTe, zb-CdS, zb-CdSe, zb-CdTe, CeS, CeSe, CeTe, EuS, EuSe, EuTe, GeS, GeSe, GeTe, zb-HgS, zb--HgSe , zb-HgTe, LaS, LaSe, LaTe, MgS, MgSe, MgTe, PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe, SrS, SrSe, SrTe, zb-ZnS, zb-ZnSe, zb-ZnTe, m-Ag 2 Te, c-Ag 2 Te, Na 2 Te, h-Bi 2 Se 3 , h-Sb 2 Se 3 , h-Bi 2 Te 2 Se, h-Bi 2 Te 3 , h-Sb 2 Te 3 , wz - A thermoelectric material with improved thermoelectric performance by adding a doping material, characterized in that selected from the group consisting of -ZnO, graphene, ML H-MoS 2 and mixtures thereof.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111793807B (en) * 2020-07-09 2021-02-12 北方工业大学 Preparation method of copper-based composite hydrogen evolution material
CN113540334B (en) * 2021-07-15 2022-11-15 陕西科技大学 Laser irradiation PbS quantum dot embedded SnSe thermoelectric material and preparation method and application thereof
CN113956042B (en) * 2021-09-18 2023-02-03 深圳大学 Rhombohedral phase GeSe-based thermoelectric material and preparation method thereof
KR20230087125A (en) 2021-12-09 2023-06-16 울산과학기술원 Method for manufacturing p-type thermoelectric element
CN115662542A (en) * 2022-09-28 2023-01-31 电子科技大学长三角研究院(湖州) Method for determining influence of W doping on thermoelectric properties of bismuth selenide oxide
CN116639979A (en) * 2023-06-09 2023-08-25 攀枝花学院 CdS-based thermoelectric material with high thermoelectric performance and preparation method thereof
CN116768627B (en) * 2023-06-21 2024-04-12 深圳大学 Germanium telluride-based thermoelectric material and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545294A (en) 2010-10-22 2013-12-19 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング Semiconductor element made of thermoelectric material used for thermoelectric module
JP2015135939A (en) 2013-12-16 2015-07-27 住友電気工業株式会社 Thermoelectric material, thermoelectric module, optical sensor, and method for manufacturing thermoelectric material

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100009455A (en) * 2008-07-18 2010-01-27 삼성전자주식회사 Thermoelectric materials and chalcogenide compounds
US8524362B2 (en) * 2009-08-14 2013-09-03 Rensselaer Polytechnic Institute Doped pnictogen chalcogenide nanoplates, methods of making, and assemblies and films thereof
KR20120035793A (en) * 2010-10-06 2012-04-16 한국교통대학교산학협력단 Magnesium silicide based thermoelectric material and manufacturing method for the same
KR101995917B1 (en) * 2012-05-14 2019-07-03 삼성전자주식회사 Power factor enhanced thermoelectric material and method of producing same
KR101417965B1 (en) 2013-05-30 2014-07-14 한국전기연구원 GeTe thermoelectric material doped with Ag and Sb and La and manufacturing method thereby
KR20150030103A (en) * 2013-09-11 2015-03-19 주식회사 엘지화학 Thermoelectric conversion material and producing method thereof
KR101417968B1 (en) 2013-09-13 2014-07-14 한국전기연구원 PbTe thermoelectric material doped with Na and Ag and manufacturing method thereby

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013545294A (en) 2010-10-22 2013-12-19 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング Semiconductor element made of thermoelectric material used for thermoelectric module
JP2015135939A (en) 2013-12-16 2015-07-27 住友電気工業株式会社 Thermoelectric material, thermoelectric module, optical sensor, and method for manufacturing thermoelectric material

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