Denken wie ein Chemiker: Thermoelektrika intuitiv

Abstract Effiziente thermoelektrische Materialien werden durch ein Zusammenspiel von stark voneinander abhängenden Transporteigenschaften erreicht. Um diese wissentlich zu beeinflussen, wird ein tieferes Verständnis der Chemie und Physik in Festkörpern benötigt. Auf der Grundlage von Molekülorbitaldiagrammen, der “Tight‐Binding”‐Methode und dem klassischem Verständnis von Bindungsstärken betrachten wir das gezielte Design thermoelektrischer Materialien. Hierbei werden Parameter wie Elektronegativität, Bandbreite, Orbitalüberlappung sowie Bindungsenergie und ‐länge herangezogen, um Trends der elektronischen Eigenschaften wie Größe und Temperaturabhängigkeit von Bandlücken, effektive Masse der Ladungsträger sowie Bandentartung und Bandkonvergenz zu erklären. Gitterwärmeleitfähigkeiten werden in Bezug auf die Kristallstruktur und Bindungsstärke behandelt, um den Einfluss von Bindungslängen zu verdeutlichen. Wir zeigen, wie Symmetrie und Stärke von Bindungen den Transport von Elektronen und Phononen beeinflussen und wie gezielte Strategien zu Veränderungen und zur Verbesserung thermoelektrischer Effizienz führen können