Thermoelectric oxides with complex crystal structure

Les oxydes InGaO₃ (ZnO)m sont des composes homologues à structure cristalline lamellaire, appartenant à une famille plus larges, les semi-conducteurs transparents (TCO). Cette famille de matériaux trouve son plus grand nombre d’applications dans les écrans d’affichage sous forme de films minces à l’instar d’In₂O ₃ dopé à l’étain, mais ce sont également des bons candidats pour des applications en thermoélectricité. A l’heure actuelle, très peu de matériaux thermoélectriques sont résistants à l’oxydation à haute température, la recherche de nouveaux matériaux est donc une nécessité. L’objectif de cette thèse est d’étudier les synthèses et les propriétés thermoélectriques des composés InGaO₃ (ZnO)m. Pour cela, deux types de synthèses couplées à la méthode d’aide à la densification par Spark Plasma Sintering ont été utilisés : la synthèse par voie solide et la synthèse sol-gel de type Pechini. Toutes deux ont permis d’obtenir les composés InGaO₃ (ZnO)m (m=1-7,9) monophasés et denses avec des températures plus faibles et dans des conditions moins coûteuses que celles décrites dans la littérature. Les mesures de conductivité thermique ont mis en évidence des valeurs de l’ordre de 1,5 W.m⁻ ¹ K⁻ ¹ ce qui est significativement plus faible que pour les autres composés de la famille des TCO. Enfin, plusieurs essais de dopages ont été réalisés (Ti, Hf, Zr, Sn, Al), mais aucun n’a permis d’obtenir des valeurs de conductivité électronique suffisantes pour des applications.InGaO₃ (ZnO)m oxides are homologous compounds with lamellar crystalline structures, and are part of a larger group of semiconductors named TCO (Transparent conductive oxides). This family of materials find most of its applications as thin films in displays screens like tin-doped In₂O₃ (ITO), but they are also good candidates for thermoelectric (TE) applications. To date, very few TE materials are resistant in oxidising conditions at high temperature and therefore the search for new materials is needed. The aim of this thesis is to study the synthesis and the thermoelectric properties of InGaO₃(ZnO)m compounds. Two types of synthesis coupled with Spark plasma sintering densification method were used: the solid state synthesis and the Pechini-type sol-gel synthesis. Both synthesis type lead to dense single phase InGaO3(ZnO)m compounds (m=1-7, 9) at lower temperatures and lower cost than the one described in the literature. The thermal conductivity measurements of the samples have low values of the order of 1,5 W.m⁻ ¹ K⁻ ¹, which is significantly lower than the values exhibited by other compounds of the TCO family. Last, several doping tests were performed (Ti, Hf, Zr, Sn, Al), but none lead to electrical conductivity values satisfying the minimum benchmark for applications