[发明专利]含硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件

说明书

本发明提供了以下化学式1的新的含硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件，所述含硫属元素的化合物通过功率因数的增加和热导率的降低而表现出优异的热电性能指数(ZT)。[化学式1]M_yV_1‑ySn_xSb₂Te_x+3在上式1中，V为空位，M为碱金属，x≥6，以及0＜y≤0.4。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0128180号和于2018年9月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0115325号的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及新的含硫属元素的化合物、其制备方法和包含其的热电元件，所述含硫属元素的化合物通过功率因数的增加和热导率的降低而表现出优异的热电性能指数(ZT)。

背景技术

最近，由于由燃烧造成的环境问题和资源枯竭，已经加速了对使用废热的热电转换材料作为替代能源之一的研究。

热电转换材料的能量转换效率取决于ZT，其为热电转换材料的热电性能指数值。如以下方程式1所示，ZT根据塞贝克系数(Seebeck coefficient)、电导率、热导率等来确定，更具体地，ZT与塞贝克系数的平方和电导率成正比，并且与热导率成反比。

[方程式1]

ZT＝S²σT/k

(在方程式1中，σ为电导率，S为塞贝克系数，T为绝对温度，k为热导率)。

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(S)或电导率(σ)并因此表现出高功率因数(PF＝σS²)、或者具有低热导率(k)的热电转换材料。

在长期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(其中一些晶格位点为空)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。具有这样的晶格结构的材料表现出优异的电导率，并且由于一些晶格位点为空而还表现出低热导率。因此，可以表现出优异的热电转换特性。

然而，在具有如图1所示的与氯化钠相同的面心立方晶格结构的同时具有其中一些晶格位点为空的空位的热电转换材料几乎不为人知。

通常，随着复杂的对称结构越高，组成原子越重，可以防止声子的移动并降低热导率。如果晶格中存在空位，则可以进一步降低热导率。

在常规开发的面心立方晶格或岩盐结构的Sn₄Bi₂Se₇的情况下，空位部分地包含在晶格中并因此热导率低但输出因数也低。

因此，需要开发能够同时实现由于面心立方晶格结构而导致的高输出因数和由于空位的引入而导致的低热导率的热电材料。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的旨在提供新的含硫属元素的化合物及其制备方法，所述含硫属元素的化合物通过功率因数的增加和热导率的降低而表现出优异的热电性能指数(ZT)。

本发明的另一个目的旨在提供热电元件，其包含上述含硫属元素的化合物并因此表现出优异的热电特性。

技术方案

本发明提供了由以下化学式1表示的含硫属元素的化合物：

[化学式1]