[发明专利]含有硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件

说明书

本发明涉及新的含有硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件，所述含有硫属元素的化合物即使在对应于热电元件的工作温度的温度下也表现出优异的相稳定性，并且具有高的输出因子和热电优值。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0060148号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及含有硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件，所述含有硫属元素的化合物即使在相对低的温度下也表现出优异的相稳定性，并且具有高的输出因子和热电优值。

背景技术

由于近来由资源枯竭和燃烧引起的环境问题，因此正在进行关于使用废热的热电转换材料作为替代能源之一的研究。

这样的热电转换材料的能量转换效率取决于热电优值(ZT)。这里，ZT根据塞贝克系数、电导率、热导率等来确定，并且更具体地，ZT与塞贝克系数的平方和电导率成正比，而与热导率成反比。因此，为了提高热电转换元件的能量转换效率，需要开发具有高塞贝克系数或电导率、或者低热导率的热电转换材料。

在以前已知的各种热电转换材料中，已知例如具有与氯化钠(NaCl)相关或类似的晶格结构的其中部分晶格位点为空的热电转换材料，例如PbTe、Bi₂Te₃、SnSe等，表现出优异的热电转换特性。即，认为具有这样的晶格结构的材料由于与氯化钠类似的晶格结构而表现出优异的电导率，并且由于部分晶格位点变空而表现出低热导率。因此，已知具有上述晶格结构的热电转换材料具有优异的热电转换特性，因此正在被应用。

然而，关于具有如图1所示的与氯化钠相同的面心立方晶格结构(其中部分晶格位点为空)的热电转换材料所知甚少。

然而，已知Sn₄Bi₂Se₇(基于Sn-Bi-Se的硫属元素化合物之一)具有与氯化钠的面心立方晶格结构相同的面心立方晶格结构，并且包括其部分为空的晶格位点。用于参考，图2示出了代表性的基于Sn-Bi-Se的硫属元素化合物的相稳定性图，其中已知Sn₄Bi₂Se₇在约580℃至720℃的温度下(图2中由圆圈表示的部分)具有面心立方晶格结构。

然而，这样的硫属元素化合物仅在约580℃至720℃的温度范围内保持稳定性，而在较低温度下，特别是在热电元件的驱动温度下，由于它们分解成其他相而不能表现出相稳定性。因此，虽然由于上述硫属元素化合物具有包括其部分为空的晶格位点的面心立方晶格结构而期望所述化合物表现出低热导率和优异的热电特性，但是所述化合物在约580℃或更低的低温(对应于热电元件的一般驱动温度)下表现出较差的相稳定性，因此作为热电转换材料的应用非常有限。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是提供新的含有硫属元素的化合物及其制备方法，所述含有硫属元素的化合物即使在对应于热电元件的驱动温度的温度下也表现出优异的相稳定性，并且具有高的输出因子和热电优值。

本发明的另一个目的是提供包含含有硫属元素的化合物的热电元件。

技术方案

本发明提供了由以下化学式1表示的含有硫属元素的化合物。

[化学式1]

V_xM_yPb_zSn_4-zBi₂S_e7

在化学式1中，V是空位，M是碱金属，