K2Hg2Se3 ve K2Hg2Te3 malzemelerinin yapısal, elektronik ve termoelektrik özelliklerinin temel ilkeler ile incelenmesi

Abstract

Artan enerji ihtiyacı ile birlikte enerji verimliliginin arttırılması birçok çalısmanın konusu olmus ve termoelektrik, enerji verimliliginin arttırılmasında önemli bir seçenek haline gelmistir. Termoelektrik, elektrik ile ısı enerjisinin birbirine dönüsümünü inceleyen bilim dalıdır. Termoelektrik malzemeler sogutmada ve atık ısıdan güç üretme uygulamalarında kullanılır. Bir termoelektrik malzemenin performansı, yüksek Seebeck katsayısı (S), yüksek elektriksel iletkenlik (s) ve düsük termal iletkenligi (k) gerektiren boyutsuz termoelektrik de?ger (ZT) ile belirlenir. Yogunluk fonksiyonel kuramı temelinde yapılan bu çalısmada K2Hg2Se3 ve K2Hg2Te3 malzemelerinin yapısal, elektronik ve termoelektrik özellikleri incelenmistir. Denge örgü sabitleri, hacim modülü, elektronik band yapıları, kısmi ve toplam durum yogunlukları genellestirilmi¸s gradyan yaklasımı ile elde edilmistir. Termoelektrik katsayılar, yarı-klasik Boltzmann ta¸sınım denklemi çözülerek hesaplanmıstır. Seebeck katsayıları her iki malzemede de genel olarak p-tipi katkılamada n-tipine göre daha yüksek elde edilmi¸stir. ZT degerleri her iki malzemede de p-tipi katkılamada n-tipi katkılamaya göre daha yüksek çıkmı¸stır. p-tipi katkılamada elde edilen ZT degerleri K2Hg2Te3 malzemesinde K2Hg2Se3 malzemesine göre daha yüksektir. Yapılmıs olan bu çalı¸smada, deneysel olarak operasyonel sıcaklık olan 500 K sıcaklıgında p-tipi ZT=1,49 de?geri ile K2Hg2Te3 malzemesinin umut vaadeden bir termoelektrik malzeme adayı oldugu gösterilmistir.

Increasing energy efficiency has been the subject of many studies and thermoelectricity has become an important option in increasing energy efficiency. Thermoelectric is the science that examines the transformation of electric and heat energy. Thermoelectric materials are used in cooling and waste heat power generation applications. The performance of a thermoelectric material is determined by the dimensionless thermoelectric value (ZT), which requires a high Seebeck coefficient (S), high electrical conductivity (s), and low thermal conductivity (k). In this study based on density functional theory; structural, electronic and thermoelectric properties of K2Hg2Se3 and K2Hg2Te3 materials are investigated. Equilibrium lattice constants, bulk modulus, electronic band structures, partial and total state density of states were obtained by generalized gradient approach. Thermoelectric coefficients are calculated by solving the semi-classical Boltzmann transport equation. The Seebeck coefficients in both materials are found to be larger in p-type doping than the n-type doping. ZT values in both materials are larger in p-type doping to than n-type doping. ZT values obtained in p-type doping are larger for K2Hg2Te3 compared to K2Hg2Se3. In this study, we showed that K2Hg2Te3 with p-type doping has a value of ZT=1.49 at the operational temperature of 500 K, which is a promising thermoelectric material candidate.