Nanostrukturētu bismuta selenīda pārklājumu sintēze un īpašību izpēte pielietojumiem termoelektriskās ierīcēs

Abstract

Dažādi bismuta ķīmiskie savienojumi, piemēram, Bi2Se3 un Bi2Te3, ir perspektīvi termoelektriskie materiāli ar nesen novērotām topoloģisko dielektriķu īpašībām, kuru šaurā aizliegtā zona, optimālā lādiņnesēju koncentrācija, ļauj veidot termoelektriskos pārklājumus ar augstu efektivitāti. Darba gaitā sintezēti bismuta selenīda pārklājumi ar dažādām virsmas nanostruktūrām un biezumiem ar mērķi palielināt bismuta selenīda termoelektrisko efektivitāti. Paraugu morfoloģiskā izpēte veikta pielietojot skenējošo elektronu un atomspēku mikroskopiju. Zēbeka koeficienta un elektriskās vadītspējas mērījumi veikti, lai noteiktu paraugu jaudas faktoru, kas nosaka termoelektriskā materiāla efektivitāti atkarībā no to elektrovadošajām īpašībām. No iegūtajiem datiem konstatētas atšķirības gan starp paraugiem ar dažādām virsmas nanostruktūrām, gan starp paraugiem ar atšķirīgu biezumu. Šajā darbā tika noteikti iespējamie mehānismi, kas nosaka jaudas faktoru izmaiņu bismuta selenīda sistēmās, un kā šos mehānismus ietekmē parauga biezums un virsmas nanostruktūras.

Different bismuth systems are considered for perspective thermoelectric materials. Most widely used are Bi2Se3 and Bi2Te3 systems. Narrow band-gap, optimal charge carrier concentration and recently discovered topological insulator properties is what makes bismuth chalcogenide thin films highly effective thermoelectric materials. In this work bismuth selenide, thin films were synthesised of varying thickness and surface nanostructures with a goal of increasing thermoelectric effectiveness of bismuth selenide thin films. After synthesis samples were analysed using scanning electron microscope to determine thin film uniformity. Thickness was measured using atomic force microscopy. Seebeck coefficient as well as electrical conductivity was measured for thin films to determine power factor of these thermoelectric samples. From calculated power factor values we found changes in the power factor values between thin films with different thicknesses and substrates. From these measurements, we hypothesized possible mechanisms which determine the change in power factor values for bismuth selenide systems and how the change of thickness or nanostructures impact this factor.