Nuevas aproximaciones en materiales con alta eficiencia termoeléctrica

Los materiales termoeléctricos (TE) son ampliamente conocidos por su capacidad de convertir la energía térmica en energía eléctrica y viceversa. La eficiencia termoeléctrica está relacionada con la figura de mérito zT la cual correlaciona la dependencia entre el coeficiente Sebeeck, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica. Una de las principales rutas abordadas en el incremento de esta eficiencia TE es precisamente la reducción en la conductividad térmica sin disminuir el coeficiente Sebeeck o la conductividad eléctrica. En esta línea de investigación, presentamos un novedoso proceso de fabricación de nanoestructuras (tanto en película delgada como nano-mallas) de Silicio-Germanio (Si0.8Ge0.2) a través de pulverización catódica a bajas temperaturas de sustrato.  Esta nueva aproximación, nos permite controlar el tamaño de poro, espesor y tiempo de depósito en un solo paso, brindando la posibilidad de recubrir grandes áreas sin necesidad de recurrir a procesos litográficos o tratamientos térmicos adicionales.

Así mismo, mediante la fabricación de estas nano-mallas, hemos reducido la conductividad térmica a valores récord, similares a los reportados en la literatura para nano-hilos [1-3]. En lo que respecta a aplicaciones de materiales TE en temperaturas cercanas al ambiente, recientes investigaciones de seleniuros en volumen han reportado altos valores de eficiencia termoeléctrica, debido a sus bajos valores de conductividad térmica y altos valores de coeficiente Sebeeck y conductividad eléctrica. Esto se debe fundamentalmente a su inusual comportamiento como semiconductor superiónico, lo que ha dado lugar a un nuevo concepto en el campo conocido como ‘Phonon-liquid electron-crystal - PLEC’. En este sentido, recientemente hemos reportamos un significativo avance en la obtención de nanoestructuras en forma de película delgada de seleniuro de cobre (Cu2-xSe) [4] y de seleniuro de plata (Ag2Se) [5] con alta eficiencia termoeléctrica a temperaturas cercanas a la ambiental. Este mejoramiento en la eficiencia TE es obtenido gracias al desarrollo de una nueva técnica de crecimiento la cual hemos llamado pulse controlled reactive magnetron sputtering [4-6]. Esta técnica permite un fino control de la estequiometria, orientación cristalográfica y eficiencia termoeléctrica a bajas temperaturas de sustrato siendo compatible con la fabricación de películas delgadas sobre sustratos orgánicos y/o flexibles. Esta nueva adaptación tecnológica despliega un abanico de nuevas oportunidad y aplicaciones que antes no eran posible mediante la sinterización en volumen (en forma de pellets) de estos materiales como se ha venido realizando representando retos y oportunidades de investigación en Latinoamérica.