Fifteenth group metal chalcogenides thin films synthesis, characterization of physical properties and applications to thermoelectric devices

Termoelektriskie ģeneratori ir ierīces, kuras, pastāvot temperatūras gradientam, spēj ražot elektrisko strāvu. Jeb vienkāršiem vārdiem sakot, šīs ierīces siltumu pārvērš elektrībā. Tas ir ērts veids, kā nelietderīgi radušos siltumu jebkuros citos procesos pārveidot vēlamā elektriskajā enerģijā. Taču mūsdienās šādas ietaises ir reti sastopamas to zemās lietderības un citu faktoru dēļ. Termoelektriskie ģeneratori visbiežāk sastāv no atsevišķu n un p tipa pusvadītāju elementu dažādiem slēgumiem, lai pēc nepieciešamības palielinātu izejas strāvu un spriegumu. Šajā gadījumā tiek apskatīts n tipa bismuta selenīda un p tipa antimona telurīda virknes slēgums dažādās konfigurācijās attiecībā pret temperatūras gradienta virzienu. Lai palielinātu šo ierīču lietderību galvenie uzdevumi ir samazināt to pretestību un siltumvadītspēju. Viens no veidiem, kā to var panākt, ir veidot ģeneratorus no ļoti plānām šo pusvadītāju kārtiņām, jo izrādās šie materiāli ir topoloģiskie izolatori. Tas nozīmē, ka to virsmas ir izteikti elektriski vadošas, bet tilpumā pastāv noteikta lieluma aizliegtā zona. Tātad ļoti plānām šo pusvadītāju kārtiņām būs izteiktāka elektriskā vadītspēja un Zēbeka koeficients nekā tilpuma materiāliem, kas rezultēsies ar lielāku termoelektriskā ģeneratora lietderību. Papildus ieguvums ir iespēja veidot šis ierīces salīdzinoši nelielos izmēros. Pētījumā tika analizētas bismuta selenīda kārtiņu veidošanās sākuma struktūras uz vizlas. Tika attīstītas Bismuta selenīda un antimona telurīda sintēzes metodes un veikta pašu plāno kārtiņu sintēze. Plāno kārtiņu termoelektriskās īpašības tika analizētas izmantojot fizikālo īpašību mērījumu sistēmu. Biezuma mērījumi tika veikti izmantojot atomspēku mikroskopu un ķīmisko sastāvu noteica izmantojot enerģijas dispersīvo rentgenstaru spektroskopiju. Termoelektriskajam ģeneratoram tika mērīts kopējais Zēbeka koeficients ar ĶFI izgatavotu iekārtu un maksimālā jauda pie konstanta temperatūras gradienta.Thermoelectric generators are devices that produce electric current using a temperature gradient. In simple terms, these devices turn the heat into electricity. It is a convenient way to transform waste energy into the desired electrical energy. However, such devices are rare nowadays due to their low utility and other factors. Thermoelectric generators most often consist of different connections of separate n and p type semiconductor elements to increase output current and voltage as needed. In this case, string circuit of n-type bismuth selenide and p-type antimony telluride is considered in different configurations relative to the temperature gradient. To increase the efficiency of these devices, the main tasks are to reduce their resistance and thermal conductivity. One way to do this is to build generators from very thin layers of these semiconductors, because, it turns out, these materials are topological insulators. This means that their surfaces are highly electrically conductive, but there is band gap in the volume. So, the very thin films of these semiconductors will have a more pronounced electrical conductivity and the Seebeck coefficient than the volume materials, which will result in greater efficiency of the thermoelectric generator. An additional benefit is the ability to build this device in relatively small sizes. In the study, the thermoelectric properties of thin films were analyzed using a physical properties measurement system. Thickness measurements were made using a atomic force microscope and the chemical composition was determined using an energy dispersive X-ray spectroscopy. For the thermoelectric generator, the overall coefficient of Seebeck was measured. For the thermoelectric generator, the total Seebeck coefficient and the maximum power at a constant temperature gradient were measured