Збагачені міддю наноструктуровані провідні термоелектричні плівки йодиду міді(I), отримані на гнучких підкладинках методом хімічного осадження з розчину
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe69.2.115Ключові слова:
купрум(I) йодид, термоелектрика, транспорт носiїв заряду, наноструктура, тонка плiвка, процес хiмiчного осадження з розчинiвАнотація
Об’єктами наших дослiджень є гнучкi тонкоплiвковi термоелектричнi матерiали з наноструктурованими шарами CuI товщиною 0,5-1,0 мкм, якi виготовлено хiмiчним осадженням з розчинiв методом Послiдовної Адсорбцiї та Реакцiї Iонних Шарiв (SILAR) на гнучких пiдкладинках з полiетилентерефталату та полiiмiду. Цi плiвки iз кубiчною структурою γ-CuI вiдрiзняються вiд отриманих iншими методами хiмiчного осадження з розчинiв, такими як центрифугування, пульверизацiя та струменевий друк, своїм низьким питомим опором через акцепторнi домiшки сiрки та кисню, якi вводяться в CuI з водних розчинiв прекурсорiв пiд час осадження SILAR. Енергетичнi бар’єри на межах нанозерен CuI розмiром 18–22 нм i велика кiлькiсть носiїв заряду всерединi нанозерен визначають особливостi транспорту носiїв заряду в дiапазонi температур 295–340 К, якi характеризуються переходами вiд напiвпровiдникової до металевої поведiнки з пiдвищенням температури, що є характерним для наноструктурованих вироджених напiвпровiдникiв. Завдяки питомому опору близько 0,8 мОм · м при 310 К i коефiцiєнту Зеєбека 101 мкВ/К, коефiцiєнт термоелектричної потужностi плiвки CuI товщиною 1,0 мкм на полiiмiднiй пiдкладинцi становить 12,3 мкВт/(м · K2), що вiдповiдає сучасним тонкоплiвковим термоелектричним матерiалам р-типу. Це пiдтверджує придатнiсть отриманих методом SILAR плiвок CuI для виготовлення перспективних недорогих нетоксичних гнучких термоелектричних матерiалiв.
Посилання
P.P. Murmu, V. Karthik, S.V. Chong, S. Rubanov, Z. Liu, T. Mori, J. Yi, J. Kennedy. Effect of native defects on thermoelectric properties of copper iodide films. Emergent Mater. 4, 761 (2021).
https://doi.org/10.1007/s42247-021-00190-w
A.S. Lemine, J. Bhadra, N.J. Al-Thani, Z. Ahmad. Promising transparent and flexible thermoelectric modules based on p-type CuI thin films - a review. Energy Reports 8, 11607 (2022).
https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.09.020
P. Darnige, Y. Thimont, L. Presmanes, A. Barnab'e. Insights into stability, transport, and thermoelectric properties of transparent p-type copper iodide thin films. J. Mater. Chem. C 11, 630 (2023).
https://doi.org/10.1039/D2TC03652E
A. Crovetto, H. Hempel, M. Rusu, L. Choubrac, D. Kojda, K. Habicht, T. Unold. Water adsorption enhances electrical conductivity in transparent p-type CuI. ACS Appl. Mater. Interfaces 43, 48741 (2020).
https://doi.org/10.1021/acsami.0c11040
A. Liu, H. Zhu, M. Kim, J. Kim, Y. Noh. Engineering copper iodide (CuI) for multifunctional p-type transparent semiconductors and conductors. Adv. Sci. 8, 2100546 (2021).
https://doi.org/10.1002/advs.202100546
C. Cao, S. Chen, J. Liang, T. Li, Z. Yan, B. Zhang, N. Chen. A high-efficient photo-thermoelectric coupling generator of cuprous iodide. AIP Advances 12, 115125 (2022).
https://doi.org/10.1063/5.0112502
O. Caballero-Calero, J. R. Ares, M. Mart'ın-Gonz'alez. Environmentally friendly thermoelectric materials: high performance from inorganic components with low toxicity and abundance in the Earth. Adv. Sustainable Syst. 5, 2100095 (2021).
https://doi.org/10.1002/adsu.202100095
X. Han, Y. Lu, Y. Liu, M. Wu, Y. Li, Z. Wang, K. Cai. CuI/Nylon membrane hybrid film with large Seebeck effect. Chin. Phys. Lett. 38, 126701 (2021).
https://doi.org/10.1088/0256-307X/38/12/126701
N.P. Klochko, K.S. Klepikova, V.R. Kopach, I.I. Tyukhov, D.O. Zhadan, G.S. Khrypunov, S.I. Petrushenko, S.V. Dukarov, V.M. Lyubov, M.V. Kirichenko, A.L. Khrypunova. Semitransparent p-CuI and n-ZnO thin films prepared by low temperature solution growth for thermoelectric conversion of near-infrared solar light. Solar Energy 171, 704 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.07.030
N.P. Klochko, K.S. Klepikova, D.O. Zhadan, V.R. Kopach, I.V. Khrypunova, S.I. Petrushenko, S.V. Dukarov, V.M. Lyubov, A.L. Khrypunova. Nanostructured ZnO and CuI thin films on Poly(Ethylene Terephthalate) tapes for UV-shielding applications J. Nano- Electron. Phys. 12, 03007 (2020).
S. Koyasu, M. Miyauchi. Recent research trends in point defects in copper iodide semiconductors J. Electron. Mater. 49, 907 (2020).
https://doi.org/10.1007/s11664-019-07833-z
B.R. Sankapal, E. Goncalves, A. Ennaoui, M.Ch. LuxSteiner. Wide band gap p-type windows by CBD and SILAR methods. Thin Solid Films 451-452, 128 (2004).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2003.11.002
D.K. Kaushik, M. Selvaraj, S. Ramu, A. Subrahmanyam. Thermal evaporated Copper Iodide (CuI) thin films: A note on the disorder evaluated through the temperature dependent electrical properties. Solar Energy Materials & Solar Cells 165, 52 (2017).
https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.02.030
M. Dongol, A. El-Denglawey, M.S. Abd El Sadek, I.S. Yahia. Thermal annealing effect on the structural and the optical properties of nano CdTe films. Optik 126, 1352 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.04.048
D.K. Schroder. Semiconductor Material and Device Characterization, 3rd ed. (John Wiley & Sons Inc, 2006) [ISBN: 9780471739067, 0471739065].
https://doi.org/10.1002/0471749095
K.-H. Wu, C.-I. Hung. Effect of substrate on the spatial resolution of Seebeck coefficient measured on thermoelectric films. Int. J. Therm. Sci. 49, 2299 (2010).
https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.08.007
M. Kneiß, C. Yang, J. Barzola-Quiquia, G. Benndorf, H. von Wenckstern, P. Esquinazi, M. Lorenz, M. Grundmann. Suppression of grain boundary scattering in multifunctional p-type transparent γ-CuI. Adv. Mater. Interfaces 5, 1701411 (2018).
https://doi.org/10.1002/admi.201701411
N.P. Klochko, K.S. Klepikova, D.O. Zhadan, V.R. Kopach, Y.R. Kostyuchenko, I.V. Khrypunova, V.M. Lyubov, M.V. Kirichenko, A.L. Khrypunova, S.I. Petrushenko, S.V. Dukarov. Transport properties of cubic cuprous iodide films deposited by successive ionic layer adsorption and reaction. In: Microstructure and Properties of Micro- and Nanoscale Materials, Films, and Coatings (NAP 2019). Edited by A.D. Pogrebnjak, O. Bondar. Springer Proceedings in Physics 240, (Springer, 2020).
https://doi.org/10.1007/978-981-15-1742-6_3
P. Sheng. Fluctuation-induced tunneling conduction in disordered materials. Phys. Rev. B 21, 2180 (1980).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.21.2180
A. Yildiz, S.B. Lisesivdin, M. Kasap, M. Bosi. Anomalous temperature dependence of the electrical resistivity in In0.17Ga0.83N. Solid State Commun. 149, 337 (2009).
https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.11.026
X.-L. Shi, J. Zou, Z.-G. Chen. Advanced thermoelectric design: From materials and structures to devices. Chem. Rev. 120, 7399 (2020).
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00026
Z. Fan, Y. Zhang, L. Pan, J. Ouyang, Q. Zhang. Recent developments in flexible thermoelectrics: From materials to devices. Renew. Sust. Energ. Rev. 137, 110448 (2021).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
