[发明专利]热电材料及其制造方法

说明书

技术领域

本公开内容涉及热电转换技术，并且更具体地，涉及具有优异热电转 换特性的热电转换材料及其制造方法，以及使用这种材料的用途。

本申请要求于2013年9月9日在韩国提交的韩国专利申请第 10-2013-0107927号、于2014年7月21日在韩国提交的韩国专利申请第 10-2014-0091973号，以及于2014年9月4日在韩国提交的韩国专利申请 第10-2014-0117861号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

背景技术

化合物半导体是由至少两种类型的元素而不是一种类型的元素(例 如，硅或锗)构成并且起半导体作用的化合物。已经研发了各种类型的化 合物半导体并且目前被用于各种工业领域。通常，化合物半导体可以用于 利用帕尔贴效应(PeltierEffect)的热电转换元件、利用光电转换效应的 发光器件(例如，发光二极管或激光二极管)、燃料电池等。

特别地，热电转换元件用于热电转换发电或热电转换冷却应用，并且 通常包括串联电连接和并联热连接的N型热电半导体和P型热电半导体。 热电转换发电是利用经由在热电转换元件中创造温差而产生的热电动势 将热能转换成电能从而发电的方法。另外，热电转换冷却是利用当直流电 流流经热电转换元件的两端时，在热电转换元件的两端之间产生温差的效 应将电能转换成热能从而产生冷却的方法。

热电转换元件的能量转换效率通常取决于热电转换材料的性能指数 值或ZT。这里，可以基于塞贝克(Seebeck)系数、电导率和热导率来确定 ZT，并且随着ZT值增加，热电转换材料的性能越好。

现已提出并研发出许多可用于热电转换元件的热电材料，其中作为 Cu-Se基热电材料，Cu_xSe(x≤2)被提出并且正在研发当中。这是因为 Cu_xSe(x≤2)是已知的。

特别地，近来已经报道了在Cu_xSe(1.98≤x≤2)中实现了相对低的热 导率和高的ZT值。典型地，LidongChen团队已经报道了Cu₂Se在727 ℃下表现出ZT＝1.5(NatureMaterials，11，(2012)，422-425)。MIT的Gang Chen团队也报道了在x＝1.96(Cu₂Se_1.02)和x＝1.98(Cu₂Se_1.01)(x小于2) 时高的ZT值(NanoEnergy(2012)1，472-478)。

然而，由两个结果均能看到的，在600℃～727℃下观察到比较好的 ZT值，但是发现在低于或等于600℃的温度下ZT值非常低。尽管热电 转换材料在高温下具有高的ZT，但是如果该热电转换材料在低温下具有 低的ZT值，则这样的热电转换材料不是优选的，尤其是，不适合用于发 电的热电材料。即使这样的热电材料应用于高温热源，也由于材料本身的 温度梯度所致，使材料的某区域经受比所期望的温度低得多的温度。因此， 需要研发由于在低于或等于600℃的温度范围(例如，100℃～600℃)以 及在高于600℃的温度范围具有高的ZT值而能够在宽的温度范围内维持 高的ZT值的热电材料。

发明内容

技术问题

因此，设计本公开内容以解决上述问题，并且因此，本公开内容旨在 提供在宽的温度范围内具有高的热电转换性能的热电材料及其制造方法， 以及使用该热电材料的设备。

本公开内容的这些和其他的目的和优点可以根据下面的详细描述来 理解，并且将根据本公开内容的示例性实施方案而变得更全面地显见。另 外，将容易理解的是，本公开内容的目的和优点可以通过在所附权利要求 中所示出的手段及其组合来实现。

技术方案

为了实现上述目的，本发明人已经在反复研究合成由以下化学式1 表示的热电材料之后完成了本发明以制造具有优异的热电转换性能的新 热电材料：

<化学式1>

Cu_xSe

在化学式1中，2＜x≤2.6。

优选地，在化学式1中，x≤2.2。

另外，优选地，在化学式1中，x≤2.15。

另外，优选地，在化学式1中，x≤2.1。