Advanced characterization of thermoelectric materials and devices by impedance spectroscopy

Abstract

Els dispositius termoelèctrics (TEs) poden convertir directament calor en electricitat o usar electricitat per crear una diferència de temperatura, no obstant això, actualment no estan molt estesos a causa de la seua baixa eficiència. El desenvolupament de nous materials més eficients es basa típicament en l'optimització de la figura de mèrit adimensional, que està determinada per tres propietats del material: el coeficient Seebeck (S), la conductivitat elèctrica (σ) i la conductivitat tèrmica (λ), i també la temperatura (T). Per tant, la determinació d'aquestes propietats en funció de la temperatura és un pas necessari en el desenvolupament de qualsevol material nou. Lamentablement, la caracterització de tots aquests paràmetres requereix temps i és tediosa. Per aquesta raó, l'objectiu principal d'aquest treball és avançar en l'aplicació de l’espectroscòpia d’impedància (IS) en el camp de la termoelectricitat per a establir-la potencialment com un mètode estàndard en aquest camp.

Thermoelectric (TE) devices can directly convert heat into electricity or use electricity to create a temperature difference, however, they are not widely spread currently due to their low efficiency. The development of new, more efficient materials is typically based on the optimization of the dimensionless figure of merit, which is determined by three material properties: the Seebeck coefficient (S), the electrical conductivity (σ) and the thermal conductivity (λ), and also the temperature (T). Hence, the determination of these properties as a function of temperature is a necessary step in the development of any new material. Regrettably, the characterization of all these parameters is quite lengthy and tedious. For this reason, the main objective of this work is to advance the application of impedance spectroscopy (IS) in the TE field to potentially establish it as a standard method in thermoelectricity.