El intenso interés en recolectar energía de fuentes de calor ha llevado a un renovado impulso para descubrir materiales que puedan convertir el calor en electricidad de manera más eficiente. Algunos investigadores están encontrando esos beneficios rediseñando materiales con los que los científicos han estado trabajando durante años.

Un equipo de investigadores de Boston College y MIT informa que está desarrollando una novela, diseño de nanotecnología que aumenta el rendimiento termoeléctrico de un semiconductor de aleación a granel entre un 30 y un 40 por ciento por encima de su cifra de mérito previamente alcanzada, la vara de medir de la eficiencia de conversión en termoeléctricas.

La aleación en cuestión, Germanio de silicio, ha sido valorado por su desempeño en aplicaciones termoeléctricas de alta temperatura, incluido su uso en generadores termoeléctricos de radioisótopos en misiones de vuelo de la NASA. Pero las aplicaciones más amplias se han visto limitadas debido a su bajo rendimiento termoeléctrico y al alto costo del germanio.

El profesor de Física del Boston College Zhifeng Ren e investigador graduado Bo Yu, y los profesores del MIT Gang Chen y Mildred S. Dresselhause y la investigadora postdoctoral Mona Zebarjadi, informe en la revista Nano letras que alterar el diseño de SiGe a granel con un proceso tomado de la industria de semiconductores de película delgada ayudó a producir un aumento de más del 50 por ciento en la conductividad eléctrica.

El proceso, conocida como estrategia de dopaje de modulación 3D, logró crear un dispositivo de estado sólido que logró una reducción simultánea de la conductividad térmica, que combinado con ganancias de conductividad para proporcionar una alta cifra de valor de mérito de ~ 1.3 a 900 ° C.

"Mejorar la figura de mérito de un material es un gran desafío porque todos los parámetros internos están estrechamente relacionados entre sí, "dijo Yu." Una vez que cambias un factor, los otros probablemente cambien, lo que no conduce a una mejora neta. Como resultado, una tendencia más popular en este campo de estudio es buscar nuevas oportunidades, o nuevos sistemas de materiales. Nuestro estudio demostró que aún existen oportunidades para los materiales existentes, si uno pudiera trabajar con la suficiente inteligencia para encontrar algunos diseños de materiales alternativos ".

Ren señaló que las ganancias de rendimiento que el equipo informó compiten con los materiales de aleación SiGe de tipo n de última generación, con una diferencia crucial de que el diseño del equipo requiere el uso de un 30 por ciento menos de germanio, lo que plantea un desafío para la investigación energética debido a su alto costo. Reducir los costos es crucial para las nuevas tecnologías de energía limpia, El lo notó.

"Usar un 30 por ciento menos de germanio es una ventaja significativa para reducir los costos de fabricación, ", dijo Ren." Queremos que todos los materiales que estamos estudiando en el grupo ayuden a eliminar las barreras de costos. Este es uno de nuestros objetivos para la investigación diaria ".

La colaboración entre Ren y Chen del MIT ha producido varios avances en la ciencia termoeléctrica, particularmente en el control del transporte de fonones en materiales compuestos termoeléctricos a granel. La investigación del equipo está financiada por el Centro de Conversión de Energía Solar Térmica de Estado Sólido.