A promising approach for increasing the thermoelectric figure of merit ZT is the development of nanostructured thermoelectric (TE) materials including those on the basis of lead telluride PbTe and germanium telluride GeTe. Nanopatterning technology optimization requires knowledge of heat- and electrotransfer mechanisms in TE materials that depend on concentration and mobility of charge carriers. In this work, nanostructured middle-temperature TE materials on the basis of n -type PbTe and p -type GeTe were prepared using the developed technology including synthesis by direct alloying of components, grinding of synthesized PbTe and GeTe in a planetary ball mill to nanopowders, and their consolidation into a bulk material by spark plasma sintering. For electrophysical measurements the ohmic contacts on the samples of TE materials were formed by electrochemical deposition of nickel. The temperature dependences of the thermoelectric parameters for nanostructured TE materials were investigated. The van der Pauw method was used for the measurements of the concentration and mobility of majority carriers. It has been established that the values of concentrations of the majority charge carriers for the TE materials obtained by hot pressing and spark plasma sintering are in the range from 1019 to 1020 cm-3, which is optimal for TE materials. It was found that the mobility of the majority charge carriers for PbTe is significantly higher than for GeTe. At the same time, the mobility of the majority charge carriers in nanostructured PbTe has decreased by 36 % in comparison with PbTe obtained by hot pressing. However, this has not led to appreciable decrease in electrical conductivity, which is due to the increase in concentration of the majority charge career. As a result, the maximum obtained values of ZT for nanostructured PbTe and GeTe are respectively 14 and 13 % higher than for TE materials prepared by hot pressing.
Перспективным направлением повышения термоэлектрической добротности ZT является разработка наноструктурированных термоэлектрических материалов (ТЭМ), в том числе на основе теллурида свинца PbTe и теллурида германия GeTe. Для оптимизации технологии наноструктурирования важно знать механизмы тепло- и электропереноса в ТЭМ, зависящие от концентрации и подвижности носителей заряда. В работе для формирования наноструктурированных среднетемпературных ТЭМ на основе PbTe n -типа и GeTe p -типа использована разработанная технология, включающая синтез прямым сплавлением компонентов, измельчение синтезированных PbTe и GeTe в планетарной шаровой мельнице до нанодисперсных порошков и их консолидацию в объемный материал искровым плазменным спеканием. Омические контакты на образцах ТЭМ для проведения электрофизических измерений сформированы электрохимическим осаждением никеля. Исследованы температурные зависимости термоэлектрических параметров наноструктурированных ТЭМ. Для измерения концентрации и подвижности основных носителей использован метод Ван дер Пау. Установлено, что значения концентраций основных носителей заряда ТЭМ, полученных горячим прессованием и искровым плазменным спеканием, находятся в диапазоне 1019-1020 см-3, что является оптимальным для ТЭМ. Выявлено, что подвижность основных носителей для PbTe значительно выше, чем для GeTe. При этом подвижность основных носителей в наноструктурированном PbTe уменьшилась на 36 % по сравнению с PbTe-HP. Однако это не привело к заметному уменьшению электропроводности, что обусловлено повышением концентрации основных носителей. В результате для наноструктурированных PbTe и GeTe достигнуты максимальные значения параметра ZT соответственно на 14 и 13 % выше, чем для ТЭМ, сформированных горячим прессованием.