Nanorakenteiset lämpösähköiset materiaalit

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Date
2012
Major/Subject
Optiikka ja molekyylimateriaalit
Mcode
S-129
Degree programme
Language
en
Pages
[7] + 41 s.
Series
Abstract
Kiinnostus lämpösähköiseen energian muuntamiseen on lisääntynyt huomattavasti viime vuosina uusiutuvien energialähteiden tarpeen lisääntyessä. Energiaa voidaan muuttaa lämmöstä sähköksi kiinteillä puolijohdemateriaaleilla, vaikka hyötysuhde jääkin vielä vaatimattomaksi. Viimeisimpien kymmenen vuoden aikana hyötysuhde on kuitenkin yli kaksinkertaistunut, kun on havaittu, että hyötysuhdetta voi parantaa nanorakenteisuudella. Tämä opinnäytteen kirjallisuusosa on jaettu kahteen osaan. Ensimmäinen osa käy läpi yleisimmät lämpösähköiset materiaalit, niiden ominaisuudet ja mistä ominaisuudet johtuvat. Nykyinen ymmärrys lämpösähköisestä ilmiöstä perustuu näiden materiaalien tutkimuksesta kerättyyn tietoon. Toisessa osassa käsitellään ilmiöitä, joista muunnoksen hyötysuhde riippuu ja kuinka hyötysuhdetta voidaan parantaa. Kokeellinen osa koostuu myös kahdesta osasta. Ensimmäinen kertoo lämpösähköisien ominaisuuksien mittauksista ja esittelee itse rakennetun laitteen niiden mittaamiseksi. Toisessa osassa tutkitaan ALD kasvatettujen ohutkalvojen lämpösähköisiä ominaisuuksia. ALD kasvatettu ZnO osoittautui hyvin sähköä johtavaksi verrattuna makroskooppisilla valmistusmenetelmillä tehtyihin kappaleisiin, Seebeckin kertoimen arvon ollessa samaa luokkaa. Alumiinilla seostettu ZnO:n sähkönjohtavuus oli samaa luokkaa kuin makroskooppisilla valmistusmenetelmillä tehdyillä kappaleilla, mutta Seebeckin kertoimen arvo jäi varsin vaatimattomaksi.

Thermoelectric power generation has attracted growing interest during the last years due to the increasing need for renewable energy sources and to achieving a better energy conversion efficiency. Conversion of thermal energy to electricity may directly be done using semiconducting solid material, yet the efficiency is rather modest. However, the efficiency has been improved by more than a factor of two during last decades thanks to taking use of material engineering down to the nanoscale. In this work, the literature part is divided into two sections. The first section reviews the most common thermoelectric materials. The second section describes the phenomena behind the thermoelectric conversion efficiency and discusses strategies to improve it. The experimental part of this thesis is divided into the two parts. First, measurements of thermoelectric quantities, the Seebeck coefficient and resistivity are discussed and self-made measurement setup is introduced. Then ALD deposited thin films are studied with the setup. ALD deposited ZnO was found to be very conductive in comparison to bulk material, yet the Seebeck coefficient was lower. In case of aluminum doped ZnO, the resistivity was of the same order as those of bulk material but the Seebeck coefficient was rather modest.
Description
Supervisor
Tittonen, Ilkka
Keywords
termoelectric, power generation, power factor, thermal conductivity, Seebeck coecient, nanostructure, zinc oxide, lämpösähkö, energianmuuntaminen, Seebeckin vakio, lämmönjohtavuus, resistiivisyys, nanorakenne, sinkkioksidi
Other note
Citation