alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейсalternative-12Research ArticleНАУЧНЫЕ ОБЗОРЫSCIENTIFIC REVIEWSПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХИ ТЕРМОВОЛЬТАИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВPROSPECTS OF DEVELOPMENT OF THERMOELECTRIC AND THERMOVOLTAIC MATERIALSКалининЮ. Е.KalininYu. E.

д-р  физ.-мат.  наук,  профессор,  зав. кафедрой  физики  твердого  тела

doctor of Science, prof., Head of the Department of Solid State Physics

kalinin48@mail.ruЧуйкоА. Г.ChuikoA. G.

аспирант

post-graduate student

kalinin48@mail.ruНовиковЕ. Г.NovikovE. G.

аспирант

post-graduate student

kalinin48@mail.ruВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State Technical UniversityRussian Federation201506112015032839Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20152015Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/12

Сделан краткий анализ перспектив развития термоэлектрических и термовольтаических материалов. Рассмотрены некоторые подходы, которые могут быть основой для повышения термоэлектрической добротности низкотемпературных материалов. Показаны современные тенденции развития термоэлектрических и термовольтаических материалов.

The short overview of prospects of development of thermoelectric and thermovoltaic materials is conducted. Some approaches, that could be the basis for increasing of thermoelectric Q-value of low temperature materials, are stipulated. Modern tendencies ofdevelopment of thermoelectric and thermovoltaic materials are specified.

редкоземельные полупроводникисульфид самарияудельное электрическое сопротивлениетермоЭДСrare-earth semiconductorssamarium monosulfideelectrical resistivitythermoelectric powerReferencesThermoelectrics handbook: macro to nano / edited by D.M. Rowe. New York: Taylor& Francis Group, LLC, 2006.Thermoelectrics handbook: macro to nano / edited by D.M. Rowe. New York: Taylor& Francis Group, LLC, 2006.Шевельков А.В. Химические аспекты создания термоэлектрических материалов // Успехи химии, 2008. Т. 77. № 1. С.3-21.Ševel'kov А.V. Himičeskie aspekty sozdaniâ termoèlektričeskih termoèlektričeskih materialov // Uspehi himii, 2008. T. 77. № 1. S.3-21.Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. М.-Л., 1956.Ioffe А.F. Poluprovodnikovye termoèlementy. M.-L., 1956.Дмитриев А.В., Звягин И.П. Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов // Успехи физических наук. 2010. № 8. С. 821-837.Dmitriev А.V., Zvâgin I.P. Sovremennye tendencii razvitiâ fiziki termoèlektričeskih materialov // Uspehi fizičeskih nauk. 2010. № 8. S. 821-837.Гриднев С.А., Калинин Ю.Е., Макагонов В.А., Шуваев А.С. Перспективные термоэлектрические материалы // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2013. № 1, ч. 2. С. 117-125.Gridnev S.А., Kalinin Û.E., Makagonov V.А., Šuvaev А.S. Perspektivnye termoèlektričeskie materialy // Аl'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ – ISJAEE. 2013. № 1, č. 2. S. 117-125.Синани С.С., Гордякова Г.Н. Твердые растворы Bi2Te3-Bi2Se3 как материалы для термоэлементов // ЖТХ. 1956. Т. 26, № 10. С. 2398-2399.Sinani S.S., Gordâkova G.N. Tverdye rastvory Bi2Te3-Bi2Se3 kak materialy dlâ termoèlementov // ŽTH. 1956. T. 26, № 10. S. 2398-2399.Гуреева Е.А., Кутасов В.А., Смирнов И.А. Теплопроводность кристаллической решетки твердых растворов на основе Bi2Te3 // ФТТ. 1964. Т. 6, № 8. С. 2453-2456.Gureeva E.А., Kutasov V.А., Smirnov I.А. Teploprovodnost' kristalličeskoj rešetki tverdyh rastvorov na osnove Bi2Te3 // FTT. 1964. T. 6, № 8. S. 2453-2456.Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические материалы на основе Bi2Te3. М.: Наука, 1972.Gol'cman B.M., Kudinov V.А., Smirnov I.А. Poluprovodnikovye termoèlektričeskie materialy na osnove Bi2Te3. M.: Nauka, 1972.Охотин А.С., Пушкарский А.С., Боровикова Р.П., Симонов В.А. Методы измерения характеристик термоэлектрических материалов и преобразователей. М.: Наука, 1974.Ohotin А.S., Puškarskij А.S., Borovikova R.P., Simonov V.А. Metody izmereniâ harakteristik termoèlektričeskih materialov i preobrazovatelej. M.: Nauka, 1974.Булат Л.Н., Ведерников М.В., Вялов А.П. и др. Термоэлектрическое охлаждение: Текст лекций / Под общей ред. Л.П. Булата. СПб.: СПбГУНиПТ, 2002.Bulat L.N., Vedernikov M.V., Vâlov А.P. i dr. Termoèlektričeskoe ohlaždenie: Tekst lekcij / Pod obŝej red. L.P. Bulata. SPb.: SPbGUNiPT, 2002.Гольцман Б.М. Проблема термоэлектрических материалов. Соединения на основе теллурида висмута – современные промышленные материалы для термоэлектрических охладителей и генераторов. В кн. Термоэлектрическое охлаждение: Текст лекций / Под об-щей ред. Л.П. Булата. СПб.: СПбГУНиПТ, 2002.Gol'cman B.M. Problema termoèlektričeskih materialov. Soedineniâ na osnove tellurida vismuta – sovremennye promyšlennye materialy dlâ termoèlektričeskih ohladitelej i generatorov. V kn. Termoèlektričeskoe ohlaždenie: Tekst lekcij / Pod obŝej red. L.P. Bulata. SPb.: SPbGUNiPT, 2002.Гордякова Г.Н., Синани С.С. Анизотропия свойств образцов твердых растворов, полученных методом порошковой металлургии // Изв. АН СССР, Неорган. материалы. 1965. T. 1, № 7. С. 1098-1103.Gordâkova G.N., Sinani S.S. Аnizotropiâ svojstv obrazcov tverdyh rastvorov, polučennyh metodom poroškovoj metallurgii // Izv. АN SSSR, Neorgan. materialy. 1965. T. 1, № 7. S. 1098-1103.Гуреева Е.А., Заславский А.И., Кутасов В.А., Смирнов И.А. Собственная проводимость в твердых растворах // ФТТ. 1965. Т. 7. С. 1221.Gureeva E.А., Zaslavskij А.I., Kutasov V.А., Smirnov I.А. Sobstvennaâ provodimost' v tverdyh rastvorah // FTT. 1965. T. 7. S. 1221.Оскотский B.C., Смирнов И.А. Дефекты в кристаллах и теплопроводность. Л.: Наука, 1972.Oskotskij B.C., Smirnov I.А. Defekty v kristallah i teploprovodnost'. L.: Nauka, 1972.Иоффе А.Ф., Иоффе А.В. Теплопроводность твердых растворов полупроводников // ФТТ. 1960. Т. 2, № 5. С. 781-792.Ioffe А.F., Ioffe А.V. Teploprovodnost' tverdyh rastvorov poluprovodnikov // FTT. 1960. T. 2, № 5. S. 781-792.Шмелев Г.И. Физика твердого тела: Материалы для термоэлементов на основе трехкомпонентных интерметаллических соединений. М.-Л.: Акад. наук СССР, 1959. Т. 1. С. 63-75.Šmelev G.I. Fizika tverdogo tela: Materialy dlâ termoèlementov na osnove trehkomponentnyh in-termetalličeskih soedinenij. M.-L.: Аkad. nauk SSSR, 1959. T. 1. S. 63-75.Кокош Г.В., Синани С.С. Термоэлектрические свойства сплавов псевдобинарной системы Sb2Te3-Bi2Te3 // ФТТ. 1960. Т. 2, вып. 6. С. 1118-1124.Kokoš G.V., Sinani S.S. Termoèlektričeskie svojstva splavov psevdobinarnoj sistemy Sb2Te3-Bi2Te3 // FTT. 1960. T. 2, vyp. 6. S. 1118-1124.Champness C.H., Muir W.B., Chiang P.J. Thermoelectric Properties of n-type – Alloys // Canad. J. Phys. 1967. V. 45, № 11. P. 3611-3626.Champness C.H., Muir W.B., Chiang P.J. Thermoelectric Properties of n-type – Alloys // Canad. J. Phys. 1967. V. 45, № 11. P. 3611-3626.Гольцман Б.М., Саркисян В.Ш., Стильбанс Л.С., Шлыков В.Н. Исследование влияния пор и границ зерен на электропроводность и теплопроводность термоэлектрических материалов // Неорганические материалы. 1969. Т. 5, № 2. С. 283-286.Gol'cman B.M., Sarkisân V.Š., Stil'bans L.S., Šlykov V.N. Issledovanie vliâniâ por i granic zeren na èlektroprovodnost' i teploprovodnost' termoèlektričeskih materialov // Neorganičeskie materialy. 1969. T. 5, № 2. S. 283-286.Лукьянова Л.Н., Кутасов В.А., Константинов П.П. Активизация термоэлектрического материала n типа на основе (Bi, Sb)2Te3 для температуры ниже 200 К // ФТТ. 2004. Т. 46, № 8. С. 1366-1370.Luk'ânova L.N., Kutasov V.А., Konstantinov P.P. Аktivizaciâ termoèlektričeskogo materiala n tipa na osnove (Bi, Sb)2Te3 dlâ temperatury niže 200 K // FTT. 2004. T. 46, № 8. S. 1366-1370.Воронин А.Н., Гринберг Р.З. Термоэлектрические свойства полупроводников. Сб. тр. I-II Всес. совещаний по термоэлектричеству. Л., 1964. С. 80.Voronin А.N., Grinberg R.Z. Termoèlektričeskie svojstva poluprovodnikov. Sb. Tr. I-II Vses. soveŝanij po termoèlektričestvu. L., 1964. S. 80.Бойков Ю.А., Гольцман Б.М., Кутасов В.А. Теплопроводность пленок РbТе // ФТТ. 1978. Т. 20, № 5. С. 1535-1538.Bojkov Û.А., Gol'cman B.M., Kutasov V.А. Teploprovodnost' plenok RbTe // FTT. 1978. T. 20, № 5. S. 1535-1538.Гогишвили О.Ш., Кононов Г.Г., Криворучко С.П. и др. Структура сплава (Bi,Sb)2Te3, полученного закалкой жидкого состояния. VII Всесоюзная конф. «Химия и техническое применение халькогенидов». Ужгород, 1988. С. 367.Gogišvili O.Š., Kononov G.G., Krivoručko S.P. i dr. Struktura splava (Bi,Sb)2Te3, polučennogo zakalkoj židkogo sostoâniâ. VII Vsesoûznaâ konf. «Himiâ i tehničeskoe primenenie hal'kogenidov». Užgorod, 1988. S. 367.Гогишвили О.Ш., Лалыкин С.П., Криворучко С.П. и др. Получение сплавов на основе халькогенидов висмута и сурьмы методом сверхбыстрого охлаждения расплавов. VII Всесоюзная конф. «Химия и техническое применение халькогенидов». Ужгород, 1988. С. 368.Gogišvili O.Š., Lalykin S.P., Krivoručko S.P. i dr. Polučenie splavov na osnove hal'kogenidov vismuta i sur'my metodom sverhbystrogo ohlaždeniâ rasplavov. VII Vsesoûznaâ konf. «Himiâ i tehničeskoe primenenie hal'kogenidov». Užgorod, 1988. S. 368.Гогишвили О.Ш., Криворучко С.П., Овсянко И.И. и др. Свойства горячепрессованных образцов сплава Bi0,52Sb1,48Te3, полученного высокоскоростной закалкой. VII Всесоюзная конф. «Химия и техническое применение халькогенидов». Ужгород, 1988. С. 372.Gogišvili O.Š., Krivoručko S.P., Ovsânko I.I. i dr. Svojstva gorâčepressovannyh obrazcov splava Bi0,52Sb1,48Te3, polučennogo vysokoskorostnoj zakalkoj. VII Vsesoûznaâ konf. «Himiâ i tehničeskoe primenenie hal'kogenidov». Užgorod, 1988. S. 372.Lin-Chung P.J. and Reinecke T.I. Thermoelectric Figure of merit of composite superlattice systems // Physical Review B. 1995. Vol. 51, No. 19. P. 13244-13247.Lin-Chung P.J. and Reinecke T.I. Thermoelectric figure of merit of composite superlattice systems // Physical Review B. 1995. Vol. 51, No. 19. P. 13244-13247.Hicks L.D., Harman T.C., Dresselhaus M.S. Use of quantum-well superlattices to obtain a high figure of merit from nonconventional thermoelectric materials // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 63, No. 23. P. 3230-3232.Hicks L.D., Harman T.C., Dresselhaus M.S. Use of quantum-well superlattices to obtain a high figure of merit from nonconventional thermoelectric materials // Appl. Phys. Lett. 1993. Vol. 63, No. 23. P. 3230-3232.Hicks L.D., Dresselhaus M.S. Effect of quantum-well structure on thermoelectric figure of merit // Physical Review B. 1993. Vol. 47, No. 19. P. 12727-12731.Hicks L.D., Dresselhaus M.S. Effect of quantum-well structure on thermoelectric figure of merit // Physical Review B. 1993. Vol. 47, No. 19. P. 12727-12731.Yang R.G. and Chen G. Thermal conductivity modeling of periodic two-dimensional nanocomposites // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. P. 195316/1-10.Yang R.G. and Chen G. Thermal conductivity modeling of periodic two-dimensional nanocomposites // Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69. P. 195316/1-10.Ma Yi., Hao Q., Poudel B. at al. Enhanced Thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks // Nano Letters. 2008. Vol. 8. P. 2580/1-4.Ma Yi., Hao Q., Poudel B. at al. Enhanced thermoelectric figure-of-merit in p-type nanostructured bismuth antimony tellurium alloys made from elemental chunks // Nano Letters. 2008. Vol. 8. P. 2580/1-4.Poudel B., Hao Q., Ma Yi., Lan Y.C. at al. High-Thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys // Science. 2008. Vol. 320, No. 5876. P. 634-638.Poudel B., Hao Q., Ma Yi., Lan Y.C. at al. High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys // Science. 2008. Vol. 320, No. 5876. P. 634-638.Dresselhaus M.S., Chen G., Tang M.Y at al. New Directions for low-dimensional thermoelectric materials // Adv. Mater. 2007. Vol. 19. P. 1043-1053.Dresselhaus M.S., Chen G., Tang M.Y at al. New directions for low-dimensional thermoelectric materials // Adv. Mater. 2007. Vol. 19. P. 1043-1053.Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Земсков В.С., Варламов С.А., Иванов А.С., Прилепо Ю.П., Сычев А.М., Чуйко А.Г. Материалы на основе твердого раствора Bi0,5Sb1,5Te3, полученные с использованием метода спинингования. Докл. XII меж-гос. сем. «Термоэлектрики и их применения» ФТИ им. Иоффе РАН, С-Петербург, Россия, 2010 г.Ivanova L.D., Petrova L.I., Granatkina Û.V., Zemskov V.S., Varlamov S.А., Ivanov А.S., Prilepo Û.P., Syčev А.M., Čujko А.G. Materialy na osnove tverdogo rastvora Bi0,5Sb1,5Te3, polučennye s ispol'zovaniem metoda spiningovaniâ. Doklady XII Mežgos. seminara «Termoèlektriki i ih primeneniâ» FTI im. Ioffe RАN, Sankt-Peterburg, Rossiâ, 2010 g.Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Петрова Л.И., Земсков В.С., Варламов С.А., Иванов А.С., Прилепо Ю.П., Сычев А.М., Чуйко А.Г., Башков И.В. Использование метода спинингования расплава в технологии термоэлектрических материалов. Доклады Межд. термоэлектрического форума, Москва, 2011.Ivanova L.D., Granatkina Û.V., Petrova L.I., Zemskov V.S., Varlamov S.А., Ivanov А.S., Prilepo Û.P., Syčev А.M., Čujko А.G., Baškov I.V. Ispol'zovanie metoda spiningovaniâ rasplava v tehnologii termoèlektričeskih materialov. Doklady Mežd. termoèlektričeskogo foruma, Moskva, 2011.Каминский В.В., Казанин В.В. Термовольтаический эффект в тонкопленочных структурах на основе сульфида самария // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, Вып. 8. С. 92-94.Kaminskij V.V., Kazanin V.V. Termo-vol'taičeskij èffekt v tonkoplenočnyh strukturah na osnove sul'fida samariâ // Pis'ma v ŽTF. 2008. T. 34, Vyp. 8. S. 92-94.Каминский В.В., Соловьев С.М. Возникновение электродвижущей силы при изменении валентности ионов самария в процессе фазового перехода в монокристаллах SmS // ФТТ. 2011. Т. 43, вып. 3. С. 423-426.Kaminskij V.V., Solov'ev S.M. Vozniknovenie èlektrodvižuŝej sily pri izmenenii valentnosti ionov samariâ v processe fazovogo perehoda v monokristallah SmS // FTT. 2011. T. 43, vyp. 3. S. 423-426.Каминский В.В., Казанин М.М., Соловьев С.М., Голубков А.В. Термовольтаический эффект в гетероструктурах на основе сульфида самария с составом Sm1-xEuxS // ЖТФ. 2012. Т. 82, вып. 6. С. 142-144.Kaminskij V.V., Kazanin M.M., Solov'ev S.M., Golubkov А.V. Termovol'taičeskij èffekt v getero- st-rukturah na osnove sul'fida samariâ s sostavom Sm1-xEuxS // ŽTF. 2012. T. 82, vyp. 6. S. 142-144.Егоров В.М., Каминский В.В. Эндотермический эффект при нагревании полупроводникового сульфида самария // ФТТ. 2009. Т. 51, вып. 8. С. 1521-1522.Egorov V.M., Kaminskij V.V. Èndotermičeskij èffekt pri nagrevanii poluprovodnikovogo sul'fida samariâ // FТТ. 2009. T. 51, vyp. 8. S. 1521-1522.Каминский В.В., Голубков А.В., Казанин М.М., Павлов И.В., Соловьев С.М., Шаренкова Н.В. Термоэлектрический генератор (варианты) и способы изготовления термоэлектрического генератора // Пат. № 2303834 от 27 июля 2007 г.Kaminskij V.V., Golubkov А.V., Kazanin M.M., Pavlov I.V., Solov'ev S.M., Šarenkova N.V. Termoèlektričeskij generator (varianty) i sposoby izgotovleniâ termoèlektričeskogo generatora // Pat. № 2303834 ot 27 iûlâ 2007 g.Голубков А.В., Гончарова Е.В., Жузе В.П., Логинов Г.М., Сеρгеева В.М., Смирнов И.А. Физические свойства халькогенидов РЗЭ. Л.: Наука, 1973.Golubkov А.V., Gončarova E.V., Žuze V.P., Loginov G.M., Seρgeeva V.M., Smirnov I.А. Fizičeskie svojstva hal'kogenidov RZÈ. L.: Nauka, 1973.Смирнов И.А., Оскотский В.С. Фазовый переход полупроводник-металл в редкоземельных полупроводниках // УФН. 1978. Т. 2, вып. 124. С. 241-279.Smirnov I.А., Oskotskij V.S. Fazovyj perehod poluprovodnik-metall v redkozemel'nyh poluprovodnikah // UFN. 1978. T. 2, vyp. 124. S. 241-279.Kaldis E., Wachter P. The semiconductor-metal transition of the samarium mono-chalcogenides // Solid State Communications. 1972. Vol. 11, No. 7. P. 907-912.Kaldis E., Wachter P. The semiconductor-metal transition of the samarium mono-chalcogenides // Solid State Communications. 1972. Vol. 11, No. 7. P. 907-912.Kaldis E., Wachter P. The semiconductor-metal transition of the samarium mono-chalcogenides // Solid State Communications. 1972. Vol. 11, No. 7. P. 907–912.Kaldis E., Wachter P. The semiconductor-metal transition of the samarium mono-chalcogenides // Solid State Communications. 1972. Vol. 11, No. 7. P. 907-912.Dieke G.Η. Sprectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals. N.Y.: Interscience Publ., 1968.Dieke G.Η. Sprectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals. N.Y.: Interscience Publ., 1968.Каминский В.В., Васильев Л.Н., Романова М.В., Соловьев С.М. Механизм возникновения электродвижущей силы при нагревании кристаллов SmS // ФТТ. 2001. Т. 43, вып. 6. С. 997-999.Kaminskij V.V., Vasil'ev L.N., Romanova M.V., Solov'ev S.M. Mehanizm vozniknoveniâ èlektrodvi-žuŝej sily pri nagrevanii kristallov SmS // FТТ. 2001. T. 43, vyp. 6. S. 997-999.Каминский В.В., Дидик В.А., Казанин М.М., Романова М.В., Соловьев С.М. Термовольтаический эффект в поликристаллическом SmS // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35, вып. 21. С. 16-22.Kaminskij V.V., Didik V.А., Kazanin M.M., Romanova M.V., Solov'ev S.M. Termovol'taičeskij èffekt v polikristalličeskom SmS // Pis'ma v ŽTF. 2009. T. 35, vyp. 21. S. 16-22.Грошев И., Полухин И. Сульфид самария и новейшие разработки на его основе // Компоненты и технологии. 2014. № 8. С. 126-133.Grošev I., Poluhin I. Sul'fid samariâ i novejšie razrabotki na ego osnove // Komponenty i tehnologii. 2014. № 8. S. 126-133.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.