Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Studie über die Herstellung thermoelektrischer Chalkogenid-Materialien mittels elektrochemischer Abscheidung präsentiert. Dabei wird die Fabrikation von sowohl n-, als auch p-dotierten Halbleitern auf Bi2Te3-Basis auf Au/Pt, sowie Stahlsubstraten und in poröse AAO Membranen untersucht. Die abgeschiedenen Materialien in Form von Filmen und Nanowires werden dabei hinsichtlich Ihrer thermoelektrischen Eigenschaften, wie Seebeck Koeffizient, sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit hin optimiert. Dabei wird der Einfl uss von Parametern wie der Zusammensetzung des verwendeten Elektrolytbades, des verwendeten Abscheidepotentiales, sowie der elektrochemischen Abscheidemethode (DC, konstant) untersucht. Die optimierte gepulste Abscheidung im Millisekundenbereich führt dabei zu einer deutlichen Verbesserung hinsichtlich Morphologie und Zusammensetzung der abgeschiedenen Materialien. Wesentliche Verbesserungen der thermoelektrischen Eigenschaften können zudem durch optimierte thermische Behandlung der abgeschiedenen Schichten erreicht werden. Dabei werden die elektrochemisch abgeschiedenen Schichten unter He oder Te Atmosphäre bei ca. 550 K über einen Zeitraum von bis zu 60 h annealt. Die Proben werden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, Kristallinität und Transportparameter hin charakterisiert und die thermoelektrische Leistungsfähigkeit bestimmt. P-dotierte Filme erreichen dabei Seebeck Koeffizienten von ca.+160 μV K^-1 (Sb2Te3) und +208 μV K^-1 ((BixSb1-x)2Te3) - n-dotierte Materialien -100 μV K^-1 (Bi2Te3) and -130 μV K^-1 (Bi2(TexSe1-x)3). Power Faktoren und ZT Werte von bis zu 1325 μW m^-1 K^-2 (ZT 0.4) und 825 μW m^-1 K^-2 (ZT 0.25) werden dabei erreicht.
In this work, a comprehensive study of thermoelectric chalcogenide materials is presented and the systematic optimization of n-type Bi2Te3, p-type Sb2Te3 and their ternary compounds is performed. Thermoelectric films and nanowires are synthesized by potentiostatic electrodeposition on Au/Pt, stainless steel substrates and in AAO membranes. The influence of the preparative parameters such as the composition of the electrolyte bath and the deposition potential is investigated in a nitric acid solution. A novel deposition method is developed using millisecond potentiostatic pulses, which improves both the morphology and the composition of the material. As a post-deposition step, the influence of annealing is investigated. The optimized p-doped (BixSb1-x)2Te3 and the n-doped Bi2(TexSe1-x)3 materials are annealed for a period of about 1 h under helium atmosphere and also under tellurium atmosphere at 550 K for 60 h. The samples are characterized in terms of composition, crystallinity, Seebeck coefficient, thermal and electrical resistivity. p-Doped pulsed deposited films exhibit Seebeck coefficients up to approximately +160 μV K^-1 (Sb2Te3) and +208 μV K^-1 ((BixSb1-x)2Te3). For the n-doped films, approximately -100 μV K^-1 (Bi2Te3) and -130 μV K^-1 (Bi2(TexSe1-x)3) are achieved. Power factors and ZT values of up to 1325 μW m^-1 K^-2 (ZT 0.4) and 825
μW m^-1 K^-2 (ZT 0.25) are realized at room temperature.