Właściwości termoelektryczne wybranych materiałów półprzewodnikowych

Opiekun naukowy:

Prof. dr hab. Małgorzata Makowska-Janusik

e-mail: m.makowska@ujd.edu.pl

Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych

Dyscyplina: nauki fizyczne

 

Właściwości termoelektryczne wybranych materiałów półprzewodnikowych

Proponowana tematyka dotyczy aktualnego obszaru badań naukowych nad materiałami termoelektrycznymi, zdolnymi do wytwarzania „zielonej” energii elektrycznej z niskotemperaturowego ciepła odpadowego, co w przyszłości może znacznie zmniejszyć wykorzystanie paliw kopalnych. Bazuje na badaniu właściwości fizycznych nowych materiałów półprzewodnikowych do zastosowań termoelektrycznych metodami symulacji komputerowych.

Celem badań jest opracowanie teoretycznego modelu służącego przewidywaniu i wyjaśnieniu zmian właściwości termoelektrycznych wybranych kryształów półprzewodnikowych, zmieniając ich stechiometrię oraz grubość warstw przechodząc od struktur objętościowych do nanowarstw. Znajomość struktury pasmowej badanych materiałów pozwoli określić mechanizm transferu ładunków elektrycznych, charakter wakansów oraz ich wpływ na przewodnictwo elektryczne, co da możliwość wytłumaczenia mechanizmu powstawania zjawiska termoelektrycznego w badanych materiałach. W celu wyjaśnienia zjawisk fizycznych odpowiedzialnych za transfer ładunków oraz przewodność cieplną badanych materiałów będą wykonane symulacje komputerowe ich właściwości elektronowych i fononowych.

Uzyskane wyniki będę służyć jako podstawa do optymalizacji technologii wzrostu i domieszkowania krystalicznych struktur półprzewodnikowych odpowiednich do tworzenia termoelektrycznych przetworników energii.

Praca będzie wykonywana we współpracy międzynarodowej z możliwością wyjazdów stażowych.

Thermoelectric properties of selected semiconductor materials

The proposed topic concerns the current area of research on thermoelectric materials capable of producing „green” energy from low-temperature waste heat, which in the future may significantly reduce the use of fossil fuels. It is based on the study of the physical properties of new semiconductor materials for thermoelectric applications using computer simulation methods.

The aim of the research is to develop a theoretical model to predict and explain changes in thermoelectric properties of selected semiconductor crystals by changing their stoichiometry and layer thickness, going from bulk structures to nanolayers. Knowledge of the band structure of the tested materials will allow to determine the mechanism of electric charge transfer, the nature of vacancies and their impact on electrical conductivity, which will provide the opportunity to explain the mechanism of the thermoelectric phenomenon occurring in the tested materials. In order to explain the physical phenomena responsible for the charge transfer and thermal conductivity of the tested materials, computer simulations of their electronic and phonon properties will be performed.

The obtained results will serve as the basis for optimizing the technology of growth and doping of crystalline semiconductor structures suitable for the creation of thermoelectric energy converters.

The work will be performed in international cooperation with the possibility of internship trips.