Structure and properties of BiCuSeO-type thermoelectric materials

par Jing-feng Li

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Nita Dragoë et de Wei Cai.

Le jury était composé de Nita Dragoë, Wei Dong Fei, Loreynne Pinsard-Gaudart, Lidong Zhao, Mu Fu Yan, Yi Yong Wu.

Les rapporteurs étaient Jing-feng Li, Bo-ping Zhang.

  • Titre traduit

    Structure et propriétés des matériaux thermoélectrique de type BiCuSeO


  • Résumé

    La conversion d’énergie par effet thermoélectrique (TE), qui peut être utilisée pour convertir de la chaleur perdue en électricité, a reçu une attention soutenue ces dernières décennies. L’efficacité d’un système TE est caractérisé par le facteur de mérite adimensionnel, ZT=(S²σ/κ)T, où S, σ, κ, et T sont respectivement le coefficient Seebeck, la conductivité électrique, la conductivité thermique et la température absolue. Récemment, les matériaux à base de chalcogénures de cuivre ont attiré un intérêt au sein de la communauté de la thermoélectricité du fait de leur conductivité thermique faible, qui conduit à des propriétés thermoélectriques prometteuses. BiCuSeO et BaCu2Se2 sont deux de ces matériaux. Ils possèdent une conductivité thermique intrinsèquement très faible et un coefficient Seebeck élevé. Mais leur conductivité électrique est faible, ce qui limite l’amélioration de leurs propriétés thermoélectriques.Dans cette thèse, la conductivité électrique de BiCuSeO est améliorée par dopage par Ba et par texturation. Se est substitué à S dans BiCuSeO pour réduire les coûts et diminuer la conductivité thermique. Un dopage par Na est effectué dans BaCu2Se2 pour augmenter sa concentration de porteurs et améliorer sa conductivité électrique.


  • Résumé

    The thermoelectric (TE) energy conversion technology, which can be used to convert wasted heat into electricity, has received much attention in the past decade. The efficiency of TE devices is characterized by the dimensionless figure of merit ZT=(S²σ/κ)T, where S, σ, κ, and T are the Seebeck coefficient, the electrical conductivity, the thermal conductivity, and the absolute temperature, respectively.Recently, copper chalcogenides based materials have attracted extensive interest in the thermoelectric community due to low thermal conductivities, which lead to the promising excellent thermoelectric properties. BiCuSeO and BaCu2Se2 are two of them. They exhibit intrinsically very low thermal conductivity and large Seebeck coefficient. But their electrical conductivity is low, limiting the enhancement of their thermoelectric properties.In this thesis, Ba doping and texture are taken out in BiCuSeO to improve its electrical conductivity. Se is substituted by S in BiCuSeO to decrease its price and decrease its thermal conductivity. Na doping is taken out in BaCu2Se2 to increase its carrier concentration and improve its electrical conductivity.


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