고성능 열전 및 광열전 에너지 변환을 위해 이동도가 향상된 배향 제어 Bi0.5Sb1.5Te3 박막

Bi2Te3 기반 열전 박막은 상온 부근에서의 발전 및 냉각을 위한 주요 후보 물질로 남아 있으나, 실용화를 위해서는 성능의 추가적인 향상이 필요합니다. 본 연구에서는 펄스 레이저 증착법(pulsed laser deposition)을 통해 고배향 Bi0.5Sb1.5Te3 박막을 제작하였으며, 배향 엔지니어링을 통해 전하 이동도를 28.4에서 193.8 cm2 V−1 s−1로 향상시켰습니다. 그 결과, 상온에서 56.7 μW cm−1 K−2의 높은 파워 팩터를 달성하여 최첨단 (Bi,Sb)2Te3 기반 박막 수준의 성능을 확보했습니다. 이에 상응하는 Bi0.5Sb1.5Te3 기반 열전 발전기는 ΔT = 60 K에서 220.0 W m−2의 전력 밀도를 제공하여, 기존에 보고된 열전 박막 소자보다 우수하거나 유사한 성능을 나타냈습니다. 또한 무반사 및 복사 냉각 층을 통합한 광열전 소자는 1.5 kW m−2의 조사 강도에서 75 nW의 피크 출력 전력을 나타냈습니다. 이러한 결과는 효율적인 열전 및 광열전 에너지 변환을 위한 배향 제어 Bi0.5Sb1.5Te3 박막의 높은 잠재력을 입증하며, 차세대 친환경 에너지 기술에서의 적용 가능성을 강조합니다.