[发明专利]P型方钴矿热电材料、其制备方法和包含其的热电装置

说明书

本发明涉及P型方钴矿热电材料、其制备方法和包含其的热电装置。更具体地，本发明涉及其中引入有特定填料和电荷补偿剂且表现出高热电性能的P型方钴矿热电材料，其制备方法和包含其的热电装置。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月11日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0158244号和于2016年10月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0133019号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及P型方钴矿热电材料、其制备方法和包含其的热电装置，并且更具体地，涉及其中引入有特定填料和电荷补偿剂且表现出高热电性能的P型方钴矿热电材料，其制备方法和包含其的热电装置。

背景技术

近来，由于由燃烧引起的环境问题和资源枯竭，正在加速对使用废热用于替代能源的热电材料的研究。

这样的热电材料的能量转换效率取决于热电材料的性能指标值(ZT)。在此，ZT根据塞贝克系数(Seebeck coefficient)、电导率、热导率等来确定，并且更具体地，其与塞贝克系数的平方和电导率成正比，而与热导率成反比。因此，为了提高热电转换装置的能量转换效率，需要开发具有高塞贝克系数或电导率或低热导率的热电转换材料。

通常，为了具有优异的热电性能，需要大的单元晶格、复杂的晶体结构、重的原子质量、强的共价键、大质量的可用载流子、高的载流子迁移率、窄的能带隙、小的结构原子之间的电负性差等，并且由于窄的能带隙、高的电荷传输速度等，方钴矿被认为是在500K至900K中间温度范围的应用领域中最有前景的热电材料。

然而，由于相对高的晶格热导率，方钴矿表现出低效率的热电性能。为了改善这一点，正提出用填料填充方钴矿的单元晶格中存在的两个空隙以引起扰动效应(rattlingeffect)从而降低晶格热导率的方法，以及用掺杂元素代替部分元素以控制空穴载流子的浓度并诱导晶格散射从而提高热电性能指标的方法。

然而，大多数研究限于N型方钴矿，并且尽管有关于通过多空隙填充提高N型方钴矿的性能指标(ZT)的报道，但是关于P型方钴矿的研究结果相对少，并且与N型填充的方钴矿相比热电特性低。因此，对开发具有优异的热电性能的P型方钴矿热电材料有持续的需求。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供一种具有优异的热电性能的P型方钴矿热电材料。

本发明的另一个目的是提供一种用于制备P型方钴矿热电材料的方法。

本发明的又一个目的是提供一种包含P型方钴矿热电材料的热电装置。

技术方案

本发明提供了由以下化学式1表示的P型方钴矿热电材料。

此外，本发明提供了用于制备P型方钴矿热电材料的方法，所述方法包括以下步骤：使Fe、Co和Sb的原料，选自Ce、La、Sm、Nd、Yb、In和Ba中的两种或更多种原料以及选自Sn、Ge、Se和Te中的一种或更多种原料的混合物熔融；使熔融的混合物冷却以形成锭；使锭退火；将锭研磨成粉末；以及使粉末烧结。

本发明还提供了包含P型方钴矿热电材料的热电装置。

在下文中，将详细说明根据本发明的具体实施方案的P型方钴矿热电材料、其制备方法和包含其的热电装置。

根据本发明的一个实施方案，提供了由以下化学式1表示的P型方钴矿热电材料。

[化学式1]