RU2727061C1 - Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3 - Google Patents

Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3 Download PDF

Info

Publication number
RU2727061C1
RU2727061C1 RU2019133411A RU2019133411A RU2727061C1 RU 2727061 C1 RU2727061 C1 RU 2727061C1 RU 2019133411 A RU2019133411 A RU 2019133411A RU 2019133411 A RU2019133411 A RU 2019133411A RU 2727061 C1 RU2727061 C1 RU 2727061C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermoelectric
thermoelectric material
factor
radiation
solid solution
Prior art date
Application number
RU2019133411A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Константинович Белоногов
Антон Александрович Гребенников
Владислав Анатольевич Дыбов
Александр Викторович Костюченко
Сергей Борисович Кущев
Дмитрий Владимирович Сериков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательной учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательной учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательной учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2019133411A priority Critical patent/RU2727061C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2727061C1 publication Critical patent/RU2727061C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01Manufacture or treatment

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to processing of semiconductor thermoelectric materials and can be used in designing high-efficiency thermoelectric generator batteries and cooling devices. Essence of the invention consists in the fact that increase in the Q-factor and simplification of the thermoelectric material manufacturing technology is achieved by photon treatment of the surface of hot-pressed material in the inert gas medium by packs of pulses of xenon lamp radiation with pulse duration of 10s during 1.0–1.4 s at energy density of radiation coming to surface of semiconductor in range of 125–175 J⋅cm.EFFECT: high Q-factor of thermoelectric material of n-type conductivity based on BiTe-BiSesolid solutions by 8 %, reduction of temperature effect on material, as well as reduction of treatment time due to irradiation of its surface with radiation of xenon lamps.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии обработки полупроводниковых термоэлектрических материалов и может быть использовано при создании высокоэффективных термоэлектрических генераторных батарей и охладительных устройств.The invention relates to a technology for processing semiconductor thermoelectric materials and can be used to create highly efficient thermoelectric generator batteries and cooling devices.

Эффективным способом повышения добротности объемных термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута являетя формирование в них наноструктурированного состояния [Симкин А.В., Бирюков А.В., Репников Н.И., Ховайло В.В. Термоэлектрическая эффективность низкотемпературных генераторных материалов, возможности ее повышения // Вестник Челябинского государственного университета. Физика. - 2015. - №20. С. 21-29]. В таких материалах, увеличение термоэлектрической добротности связано с:An effective way to increase the figure of merit of bulk thermoelectric materials based on bismuth telluride is the formation of a nanostructured state in them [Simkin AV, Biryukov AV, Repnikov NI, Khovailo VV. Thermoelectric efficiency of low-temperature generator materials, the possibility of its increase // Bulletin of the Chelyabinsk State University. Physics. - 2015. - No. 20. S. 21-29]. In such materials, an increase in thermoelectric figure of merit is associated with:

- дополнительным рассеянием фононов на границах нанозерен;- additional scattering of phonons at the boundaries of nanograins;

- энергетической фильтрации носителей, вследствие наличия потенциальных барьеров между нанозернами;- energy filtration of carriers, due to the presence of potential barriers between nanograins;

- туннелировании электронов между наноструктурными элементами.- tunneling of electrons between nanostructured elements.

Известны материалы с высокой добротностью, полученные путем размола объемных кристаллических слитков полупроводниковых твердых растворов, в шаровых мельницах до наноразмерного порошка и последующим спеканием его под давлением [В. Poudel, Q. Нао, Y. Ma, Y. Lan, A. Minnich, В. Yu, X. Yan, D.Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Chen, J. Liu, M.S. Dresselhaus, G. Chen, Z. Ren, High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys, Science 320, 634 (2008)], [Y. Ma, Q. Нао, B. Poudel, Y.C. Lan, B. Yu, D.Z. Wang, G. Chen, Z. Ren, Enhanced thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks, Nano Lett. 8, 2580 (2008)]. Добротность, полученных таким способом материалов может достигать 1,2-1,4. Недостатком таких наноструктурированных материалов является их склонность к рекристаллизации и образованию агломератов при температурном или механическом воздействии, приводящим к ухудшению термоэлектрических и механических свойств готовых изделий.Known materials with high figure of merit obtained by grinding bulk crystalline ingots of semiconductor solid solutions, in ball mills to nanoscale powder and then sintering it under pressure [V. Poudel, Q. Nao, Y. Ma, Y. Lan, A. Minnich, B. Yu, X. Yan, D. Wang, A. Muto, D. Vashaee, X. Chen, J. Liu, M.S. Dresselhaus, G. Chen, Z. Ren, High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys, Science 320, 634 (2008)], [Y. Ma, Q. Nao, B. Poudel, Y.C. Lan, B. Yu, D.Z. Wang, G. Chen, Z. Ren, Enhanced thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks, Nano Lett. 8,2580 (2008)]. The quality factor of the materials obtained in this way can reach 1.2-1.4. The disadvantage of such nanostructured materials is their tendency to recrystallization and the formation of agglomerates under temperature or mechanical action, leading to deterioration of the thermoelectric and mechanical properties of finished products.

Известен способы повышения добротности термоэлектрического материала на основе теллурида висмута путем создания смесевого нанокомпозита [патент РФ 2528338, H01L 35/16, В82В 1/00, 10.09.2014]. Такой нанокомпозит представляет собой смесь термоэлектрического материал (BixSb2-xTe3), с размером частиц ~ 30-100 нм, и дисперсного наполнителя, в виде ультрадисперсного алмаза со средним размером частиц от 3 до 5 нм. Концентрация частиц ультрадисперсного алмаза составляет от 0,2 до 15% от объема тройного твердого раствора.Known methods for increasing the figure of merit of a thermoelectric material based on bismuth telluride by creating a blended nanocomposite [RF patent 2528338, H01L 35/16, В82В 1/00, 09/10/2014]. Such a nanocomposite is a mixture of a thermoelectric material (Bi x Sb 2-x Te 3 ), with a particle size of ~ 30-100 nm, and a dispersed filler, in the form of ultradispersed diamond with an average particle size of 3 to 5 nm. The concentration of ultrafine diamond particles is from 0.2 to 15% of the volume of the ternary solid solution.

Материал полученный указанным способом обладает высокой добротностью (ZT больше 1,1), ввиду того, что ультрадисперсные алмазы проявляют полупроводниковые свойства и одновременно являются центрами рассеивания фононов. Помимо этого, присутствие такого наполнителя способствует сохранению наноструктурного состояния материала за счет снижения скорости рекристаллизации и увеличивает механическую прочность образцов до 100 МПа.The material obtained by this method has a high figure of merit (ZT greater than 1.1), due to the fact that ultradispersed diamonds exhibit semiconducting properties and are simultaneously phonon scattering centers. In addition, the presence of such a filler contributes to the preservation of the nanostructured state of the material by reducing the rate of recrystallization and increases the mechanical strength of the samples to 100 MPa.

Недостатком данного способа является сложность достижения равномерного распределения наполнителя в объеме термоэлектрического материала, а также высокая себестоимость готового изделия, ввиду дороговизны наполнителя.The disadvantage of this method is the difficulty of achieving a uniform distribution of the filler in the volume of the thermoelectric material, as well as the high cost of the finished product, due to the high cost of the filler.

Также известен способ повышения добротности термоэлектрического материала на основе теллурида висмута путем создания многослойной структуры, с толщиной слоев в несколько нанометров [патент РФ 2660223, H01L 35/26, B82Y 30/00 2018.07.05].Also known is a method for increasing the figure of merit of a thermoelectric material based on bismuth telluride by creating a multilayer structure with a layer thickness of several nanometers [RF patent 2660223, H01L 35/26, B82Y 30/00 2018.07.05].

Такой материал изготавливается методом совместной многократной прокатки двух различных термоэлектрических материалов (Bi2Te3, Bi2Se3) и состоит из чередующихся слоев этих материалов со средней толщиной слоев в диапазоне 5-100 нм, слои термоэлектрического материала состоят из частиц размером в диапазоне 1-20 нм с малой угловой разориентацией кристаллических решеток, первый термоэлектрический материал имеет ширину запрещенной зоны меньше ширины запрещенной зоны второго термоэлектрического материала, а электропроводность первого термоэлектрического материала выше электропроводности второго.Such a material is manufactured by the method of joint multiple rolling of two different thermoelectric materials (Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 ) and consists of alternating layers of these materials with an average layer thickness in the range of 5-100 nm, the layers of thermoelectric material consist of particles with a size in the range 1 -20 nm with a small angular misorientation of crystal lattices, the first thermoelectric material has a band gap less than the band gap of the second thermoelectric material, and the conductivity of the first thermoelectric material is higher than the conductivity of the second.

Данным способом можно изготовить ТЭ материал толщиной до 5 мм, а термоэлектрическая добротность такого материала может достигать ZT ≈ 2,4.This method can be used to manufacture a FC material up to 5 mm thick, and the thermoelectric figure of merit of such a material can reach ZT ≈ 2.4.

Недостатком является плохая устойчивость такой слоистой структуры к растягивающим и сдвиговым нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации изделий, и относительно сложный процесс изготовления таких материалов.The disadvantage is the poor resistance of such a layered structure to tensile and shear loads arising during the operation of the products, and the relatively complicated process of manufacturing such materials.

Наиболее близким к изобретению является способ повышения добротности горячепрессованного термоэлектрического материала, предложенный в работе [патент РФ №2683807, H01L 35/34, H01L 21/00, 02.04.2019]. Известный способ включает: синтез материала заданного состава сплавлением исходных компонентов шихты в вакуумированной кварцевой ампуле, измельчение полученного сплава, формование заготовки из полученного порошка холодным прессованием, термообработку заготовки в кислородсодержащей среде или на воздухе до увеличения массы заготовки на 0,1-0,3%, горячее прессование при давлении 500-600 МПа при температуре 375±5°С, выдержке под давлением в течение 10±1 мин, отжиг полученных заготовок в инертной среде.The closest to the invention is a method for increasing the figure of merit of a hot-pressed thermoelectric material proposed in [RF patent No. 2683807, H01L 35/34, H01L 21/00, 02.04.2019]. The known method includes: synthesis of a material of a given composition by fusing the initial components of the charge in an evacuated quartz ampoule, grinding the resulting alloy, molding a workpiece from the resulting powder by cold pressing, heat treatment of the workpiece in an oxygen-containing environment or in air until the weight of the workpiece increases by 0.1-0.3% , hot pressing at a pressure of 500-600 MPa at a temperature of 375 ± 5 ° С, holding under pressure for 10 ± 1 min, annealing of the resulting blanks in an inert atmosphere.

Недостатком этого способа является его малая эффективность по отношению к материалу n-типа проводимости, а также относительно высокая температура и большое время выдержки в процессе окисления.The disadvantage of this method is its low efficiency in relation to n-type material, as well as a relatively high temperature and long holding time during the oxidation process.

Изобретение направлено на повышение добротности термоэлектрического материала n-типа проводимости на основе Bi2Te3-Bi2Se3, а также на снижение температурного и временного воздействия на материал.The invention is aimed at increasing the figure of merit of n-type thermoelectric material based on Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 , as well as reducing the temperature and time effect on the material.

Технический результат достигается тем что, в способе повышения добротности термоэлектрического материала на основе твердого раствора Bi2Te3-Bi2Se3, включающем синтез термоэлектрического материала заданного состава путем сплавления исходных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле, измельчение полученного сплава, формирование заготовки из полученного порошка холодным прессованием с последующим горячим прессованием, термический отжиг в среде инертного газа, и последующую фотонную обработку (ФО) в среде инертного газа пакетами импульсов излучения ксеноновых ламп с длительностью импульсов 10-2 с в течение 1,0-1,4 с, при плотности энергии излучения, поступающей на поверхность полупроводника в диапазоне 125-175 Дж⋅см-2.The technical result is achieved by the fact that, in a method for increasing the figure of merit of a thermoelectric material based on a solid solution Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 , including the synthesis of a thermoelectric material of a given composition by fusing the initial components in an evacuated quartz ampoule, grinding the resulting alloy, forming a workpiece from the resulting powder cold pressing followed by hot pressing, thermal annealing in an inert gas atmosphere, and subsequent photonic treatment (FD) in an inert gas environment with packets of xenon lamp radiation pulses with a pulse duration of 10 -2 s for 1.0-1.4 s, at a density radiation energy arriving at the semiconductor surface in the range of 125-175 J⋅cm -2 .

Фазовый состав образцов исследовали методом рентгеновской дифрактометрии (Bruker D2 Phaser). Анализ эволюции структуры приповерхностного слоя полупроводникового материала в процессе ФО проводили методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), на приборах FEI HELIOS Nanolab и FEI Titan-300 соответственно. Методами ПЭМ анализировали кристаллическую структуру приповерхностного слоя полупроводникового материала. Методом энерго-дисперсионного рентгеновского микроанализа (ЭДРМА) получен профиль концентрации элементов по глубине. Теплопроводность образцов до и после ФО определяли методом лазерной вспышки на установке Netzsch LFA 467.The phase composition of the samples was studied by X-ray diffractometry (Bruker D2 Phaser). The analysis of the evolution of the structure of the near-surface layer of a semiconductor material during PT was carried out by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) using FEI HELIOS Nanolab and FEI Titan-300 instruments, respectively. TEM methods were used to analyze the crystal structure of the near-surface layer of a semiconductor material. The energy-dispersive X-ray microanalysis (EDXMA) method was used to obtain the profile of the concentration of elements in depth. The thermal conductivity of the samples before and after PT was determined by the laser flash method on a Netzsch LFA 467 setup.

Пример осуществляется следующим образом.An example is carried out as follows.

Термоэлектрический материал состава Bi2,0Te2,4Se0,6, получают путем сплавления исходных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле. Полученный сплав дробят и просеивают через сита до получения шихты с размером гранул не более 1000 мкм. Из полученной шихты холодным прессованием в стальной пресс-форме с усилием 2 т⋅см-2 формируют заготовку. Полученную заготовку подвергают горячему прессованию в стальной обогреваемой пресс-форме при температуре 380±5°С, давлении 5,5 т⋅см-2, выдержке под давлением в течении 10 мин, с получением образца материала в виде брикета размером 34×28×15 мм. Из полученных брикетов, методом электроэрозионной резки, вырезают прямоугольные образцы размером 10 мм × 10 мм × 2 мм, в которых грани большего размера перпендикулярны оси прессования. Полученный образец материала отжигают в аргоне при температуре 300°С в течение 24 часов. Отожженные образцы подвергают механической шлифовке на наждачной бумаге с целью удаления дефектного поверхностного слоя. Затем, отполированные образцы подвергают диспергированию и сушке. Образцы телллурида висмута, размещают в рабочей камере установки фотонного отжига УОЛ.П-1М, напротив ламп, на расстоянии 30 мм, камеру вакуумируют до остаточного давления 1⋅10-3 мм.рт.ст., затем с помощью системы напуска, в камере создают атмосферное давление аргона. После чего проводят фотонную обработку (ФО) образцов поочередно с двух сторон мощным излучением ксеноновых ламп (спектральный диапазон λ=0,2-1,2 мкм) в атмосфере Ar на установке в следующем режиме: двукратное облучение пакетом импульсов длительностью 10-2 с в течение 1,0 с (ФО 1) - 1.4 с (ФО 2), что соответствовало энергии излучения (ЕИ), поступающей на образец ~125-175 Дж⋅см-2, соответственно.Thermoelectric material of composition Bi 2.0 Te 2.4 Se 0.6 is obtained by fusing the initial components in an evacuated quartz ampoule. The resulting alloy is crushed and sieved through sieves to obtain a charge with a granule size of not more than 1000 microns. A billet is formed from the resulting charge by cold pressing in a steel mold with a force of 2 t⋅cm -2 . The resulting billet is subjected to hot pressing in a steel heated mold at a temperature of 380 ± 5 ° C, a pressure of 5.5 t⋅cm -2 , holding under pressure for 10 minutes, to obtain a sample of material in the form of a briquette with a size of 34 × 28 × 15 mm. From the obtained briquettes, by the method of electrical discharge cutting, rectangular samples of 10 mm × 10 mm × 2 mm are cut out, in which the larger edges are perpendicular to the pressing axis. The obtained material sample is annealed in argon at a temperature of 300 ° C for 24 hours. The annealed specimens are subjected to mechanical grinding on emery paper in order to remove the defective surface layer. Then, the polished samples are subjected to dispersion and drying. Samples of bismuth telluride are placed in the working chamber of the UOL.P-1M photonic annealing unit, opposite the lamps, at a distance of 30 mm, the chamber is evacuated to a residual pressure of 1⋅10 -3 mm Hg, then using a filling system, in the chamber create atmospheric pressure of argon. After that, the photonic processing (FD) of the samples is carried out alternately from both sides with powerful radiation of xenon lamps (spectral range λ = 0.2-1.2 μm) in an Ar atmosphere on the installation in the following mode: double irradiation with a packet of pulses with a duration of 10 -2 s in for 1.0 s (FD 1) - 1.4 to (FD 2), which corresponds to the radiation energy (E F) entering the sample Dzh⋅sm -2 ~ 125-175, respectively.

На фиг. 1 приведены рентгеновские дифрактограммы полученные с поверхности пластин Bi2Te3-Bi2Se3 (n-тип) до (кривая 1) и после ФО (кривая 2). Из дифрактограмм видно, что фазовый состав образцов представляет собой негомогенный твердый раствор Bi2Te3-xSex (0,7 ≤ х ≤ 1,0), характеризующийся ромбоэдрической решеткой (R m) с параметрами а и с в диапазонах от 0,4300 до 0,4339 нм и от 3,000 до 3,022 нм, соответственно. Установлено, что под действием ФО в приповерхностных слоях материала протекает процесс рекристаллизации, приводящей к ослаблению текстуры и образованию зерен произвольной ориентации, о чем свидетельствует изменение интенсивности и ширины дифракционных максимумов.FIG. 1 shows the X-ray diffraction patterns obtained from the surface of the Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 (n-type) plates before (curve 1) and after the PT (curve 2). It can be seen from the diffraction patterns that the phase composition of the samples is an inhomogeneous solid solution Bi 2 Te 3-x Se x (0.7 ≤ x ≤ 1.0), characterized by a rhombohedral lattice (R m) with parameters a and c in the ranges from 0, 4300 to 0.4339 nm and 3.000 to 3.022 nm, respectively. It was found that under the action of PT in the near-surface layers of the material, the process of recrystallization proceeds, leading to a weakening of the texture and the formation of grains of arbitrary orientation, as evidenced by the change in the intensity and width of the diffraction maxima.

На фиг. 2 приведены РЭМ, ПЭМ изображения и профиль концентрации элементов среза полупроводникового материала после двукратной ФО.In FIG. 2 shows the SEM, TEM images and the profile of the concentration of the elements of the cut of the semiconductor material after double PT.

Исследование структуру поперечного среза показало, что приповерхностный слой (модифицированный в процессе ФО) характеризуется наличием, как нанокристаллов, размером ~ 15 нм, так и крупных кристаллов размером в интервале от 0,5 до 3 мкм с произвольной взаимной ориентацией (фиг. 2 б). На глубине более 1,5 мкм кристаллиты существенно крупнее (250 нм и более) (фиг. 2 а).Investigation of the cross-sectional structure showed that the near-surface layer (modified during the PT process) is characterized by the presence of both nanocrystals with a size of ~ 15 nm and large crystals with a size in the range from 0.5 to 3 μm with an arbitrary mutual orientation (Fig.2b) ... At a depth of more than 1.5 μm, the crystallites are much larger (250 nm and more) (Fig. 2 a).

По данным ЭДРМА, концентрационные профили элементов в образцах после ФО (фиг. 2 в) показывают, что приповерхностная область ~ 3 мкм обогащена Se и обеднена Те в сравнении с объемом материала, а в объеме образца элементный состав близок к составу твердого раствора Bi2Te3-xSex для х~1. Изменение элементного состава в приповерхностном слое вызвано диффузионным процессом, который инициирует высокая температура на поверхности образца, возникающая в процессе ФО [Белоногов Е.К., Дыбов В.А., Костюченко А.В., Кущев С.Б., Санин В.Н., Сериков Д.В., Солдатенко С.А Модификация поверхности термоэлектрических ветвей на основе твердого раствора Bi2Te3-Bi2Se3 методом импульсной фотонной обработки // Конденсированные среды и межфазные границы 2017. - Т. 20. - №4. - С. 479-488]. При ФО происходит сублимация Те, что в свою очередь приводит к образованию различных дефектов (вакансий, нанопор).According to EDMA data, the concentration profiles of elements in the samples after PT (Fig. 2c) show that the near-surface region of ~ 3 μm is enriched in Se and depleted in Te in comparison with the bulk of the material, and in the bulk of the sample the elemental composition is close to the composition of the solid solution Bi 2 Te 3-x Se x for x ~ 1. The change in the elemental composition in the near-surface layer is caused by a diffusion process, which is initiated by a high temperature on the sample surface, which occurs during the FD [Belonogov E.K., Dybov V.A., Kostyuchenko A.V., Kushchev S.B., Sanin V. N., Serikov D.V., Soldatenko S.A. Modification of the surface of thermoelectric legs based on solid solution Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 by the method of pulsed photon processing // Condensed media and interphase boundaries 2017. - V. 20. - No. 4. - S. 479-488]. During PT, Te sublimation occurs, which in turn leads to the formation of various defects (vacancies, nanopores).

На фиг. 3 приведены температурные зависимости теплопроводности и термоэлектрической добротности исходных образцов и образцов после ФО.In FIG. 3 shows the temperature dependences of thermal conductivity and thermoelectric figure of merit of initial samples and samples after PT.

Согласно фиг. 3, после (ФО 1) и (ФО 2) наблюдается снижение теплопроводности, причем для (ФО 2) достаточно существенно (4-5%) для всего исследованного температурного диапазона, что приводит к увеличению ZT на 8%.As shown in FIG. 3, after (PT 1) and (PT 2), a decrease in thermal conductivity is observed, and for (PT 2) it is quite significant (4-5%) for the entire investigated temperature range, which leads to an increase in ZT by 8%.

Предложенный способ позволяет увеличить добротность термоэлектрического материала n-типа проводимости на основе твердых растворов Bi2Te3-Bi2Se3 на 8%, а также избавиться от процесса длительного высокотемпературного отжига в кислородсодержащей среде. Увеличение добротности и упрощение технологии изготовления термоэлектрического материала, достигается фотонной обработкой поверхности горячепрессованного материала в среде инертного газа пакетами импульсов излучения ксеноновых ламп с длительностью импульсов 10-2 с в течение 1,0-1,4 с, при плотности энергии излучения, поступающей на поверхность полупроводника в диапазоне 125-175 Дж⋅см-2.The proposed method makes it possible to increase the figure of merit of thermoelectric material of n-type conductivity based on Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 solid solutions by 8%, and also to get rid of the process of long-term high-temperature annealing in an oxygen-containing environment. An increase in the figure of merit and a simplification of the technology for the manufacture of thermoelectric material is achieved by photonic treatment of the surface of a hot-pressed material in an inert gas atmosphere with packets of radiation pulses of xenon lamps with a pulse duration of 10 -2 s for 1.0-1.4 s, at a radiation energy density entering the surface semiconductor in the range of 125-175 J⋅cm -2 .

Claims (1)

Способ повышения добротности термоэлектрического материала на основе твердого раствора Bi2Te3-Bi2Se3, включающий синтез термоэлектрического материала заданного состава путем сплавления исходных компонентов в вакуумированной кварцевой ампуле, измельчение полученного сплава, формирование заготовки из полученного порошка холодным прессованием с последующим горячим прессованием, термическим отжигом в среде инертного газа, отличающийся тем, что после термического отжига проводят фотонную обработку поверхности горячепрессованного материала в среде инертного газа пакетами импульсов излучения ксеноновых ламп с длительностью импульсов 10-2 с в течение 1,0-1,4 с при плотности энергии излучения, поступающей на поверхность полупроводника в диапазоне 125-175 Дж⋅см-2.A method for increasing the figure of merit of a thermoelectric material based on a Bi 2 Te 3 -Bi 2 Se 3 solid solution, including the synthesis of a thermoelectric material of a given composition by fusing the initial components in an evacuated quartz ampoule, grinding the resulting alloy, forming a blank from the obtained powder by cold pressing followed by hot pressing, thermal annealing in an inert gas environment, characterized in that after thermal annealing, the surface of the hot-pressed material is subjected to photonic treatment in an inert gas environment with packets of xenon lamp radiation pulses with a pulse duration of 10 -2 s for 1.0-1.4 s at a radiation energy density coming to the semiconductor surface in the range of 125-175 J⋅cm -2 .
RU2019133411A 2019-10-21 2019-10-21 Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3 RU2727061C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133411A RU2727061C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133411A RU2727061C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2727061C1 true RU2727061C1 (en) 2020-07-17

Family

ID=71616649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133411A RU2727061C1 (en) 2019-10-21 2019-10-21 Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2727061C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1651594A1 (en) * 1989-02-17 1996-06-20 Курганский государственный педагогический институт Method of production of thermoelectric material based on chalcogenides of antimony and / or bismuth
RU2150160C1 (en) * 1999-02-16 2000-05-27 Московский государственный институт электронной техники Thermopile switching method
US20070254490A1 (en) * 2004-09-10 2007-11-01 Versatilis, Llc Method of Making a Microelectronic and/or Optoelectronic Circuitry Sheet
CN101389792A (en) * 2005-12-29 2009-03-18 巴斯夫欧洲公司 Thermoelectric nanomaterials
RU2528280C1 (en) * 2013-04-02 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Method of obtaining thermoelectric material
US9236552B2 (en) * 2013-04-04 2016-01-12 William N. Carr Thermoelectric micro-platform for cooling and temperature sensing
WO2016037175A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Mossey Creek Technologies Inc. Nano-structured porous thermoelectric generators
RU2681860C1 (en) * 2018-06-25 2019-03-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of obtaining high-temperature thermoelectric material based on calcium cobaltite

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1651594A1 (en) * 1989-02-17 1996-06-20 Курганский государственный педагогический институт Method of production of thermoelectric material based on chalcogenides of antimony and / or bismuth
RU2150160C1 (en) * 1999-02-16 2000-05-27 Московский государственный институт электронной техники Thermopile switching method
US20070254490A1 (en) * 2004-09-10 2007-11-01 Versatilis, Llc Method of Making a Microelectronic and/or Optoelectronic Circuitry Sheet
CN101389792A (en) * 2005-12-29 2009-03-18 巴斯夫欧洲公司 Thermoelectric nanomaterials
RU2528280C1 (en) * 2013-04-02 2014-09-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Method of obtaining thermoelectric material
US9236552B2 (en) * 2013-04-04 2016-01-12 William N. Carr Thermoelectric micro-platform for cooling and temperature sensing
WO2016037175A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Mossey Creek Technologies Inc. Nano-structured porous thermoelectric generators
RU2681860C1 (en) * 2018-06-25 2019-03-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method of obtaining high-temperature thermoelectric material based on calcium cobaltite

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiu et al. 3D Printing of highly textured bulk thermoelectric materials: mechanically robust BiSbTe alloys with superior performance
Meroz et al. Development of Bi2Te2. 4Se0. 6 alloy for thermoelectric power generation applications
Zhou et al. Enhanced thermoelectric properties of Ba-filled skutterudites by grain size reduction and Ag nanoparticle inclusion
Makongo et al. Thermal and electronic charge transport in bulk nanostructured Zr0. 25Hf0. 75NiSn composites with full-Heusler inclusions
US8845918B2 (en) Thermoelectric material and composites made from thermoelectric material and a method for fabricating thereof
US9190593B2 (en) Nano-complex thermoelectric material, and thermoelectric module and thermoelectric apparatus including the same
Saberi et al. A comprehensive review on the effects of doping process on the thermoelectric properties of Bi2Te3 based alloys
US20130180561A1 (en) Nanocomposites with high thermoelectric performance and methods
KR101902925B1 (en) Thermoelectric material, thermoelectric element, and thermoelectric module
EP3246959B1 (en) Compound semiconductor thermoelectric material and method for manufacturing same
Isachenko et al. Thermoelectric Properties of Nanostructured p-Mg 2 Si x Sn 1− x (x= 0.2 to 0.4) Solid Solutions
Zhang et al. Preparation and Thermoelectric Properties of Nanoporous Bi 2 Te 3-Based Alloys
US20160343930A1 (en) Thermoelectric composite material and method for producing same
KR20210110725A (en) Thermoelectric material and its manufacturing method
RU2727061C1 (en) Method of increasing the q-factor of the thermoelectric material based on solid solution of bi2te3-bi2se3
US9419196B2 (en) Oxide nanoparticle-dispersed, chalcogenide-based, and phase-separated composite thermoelectric material
Truong Thermoelectric properties of higher manganese silicides
Yaprintsev et al. Microstructure and thermoelectric properties of Bi 1.9 Lu 0.1 Te 3 compound
KR20170074013A (en) Bi-Te-Se based thermoelectric powder and materials with improved thermostability and manufacturing methods thereof
KR20210109639A (en) Method of manufacturing thermoelectric material
Liu et al. Microstructure and thermoelectric properties of higher manganese silicides fabricated via gas atomization and spark plasma sintering
JP2001335309A (en) Clathrate compound semiconductor and method of producing the same
RU2518353C1 (en) Method of obtaining thermoelectrical material for thermoelectrical generator devices
KR20170024471A (en) Thermoelectric powder and materials with improved thermostability and manufacturing methods thereof
Kondo et al. Photoluminescence of CsPbCl3 films prepared by quench deposition and subsequent heat treatments