酸化物粒子添加による熱電材料Zn4Sb3の熱電変換性能向上に関する研究

熱電材料Zn4Sb3に酸化物粒子を添加し，その電気特性を評価した。添加した酸化物粒子には，Zn4Sb3より大きな密度を有するSnO2，WO3，CeO2を採用した。これら酸化物を添加した試料に対して，室温におけるホール効果測定を行ったところ，SnO2あるいはWO3を0.3-0.5 wt%添加した試料において導電率と移動度がともに向上する結果を得た。また，これらのエネルギーバンド構造には特徴的な共通点があることを見出した。酸化物の伝導タイプはn型であり，かつ酸化物の伝導帯の下端のエネルギー準位EcはZn4Sb3の価電子帯の上端のエネルギー準位Evより低い状態，すなわち"Broken-gap"と呼ばれる関係にあることがわかった。この関係にある酸化物とZn4Sb3の界面にはホールが蓄積され，2次元ホールガスが形成される。この2次元ホールガス中をホールは高速で移動するため移動度は増大したと考えられる。

熱電材料Zn4Sb3に酸化物粒子を添加し，その電気特性を評価した。添加した酸化物粒子には，Zn4Sb3より大きな密度を有するSnO2，WO3，CeO2を採用した。これら酸化物を添加した試料に対して，室温におけるホール効果測定を行ったところ，SnO2あるいはWO3を0.3-0.5 wt%添加した試料において導電率と移動度がともに向上する結果を得た。また，これらのエネルギーバンド構造には特徴的な共通点があることを見出した。酸化物の伝導タイプはn型であり，かつ酸化物の伝導帯の下端のエネルギー準位EcはZn4Sb3の価電子帯の上端のエネルギー準位Evより低い状態，すなわち"Broken-gap"と呼ばれる関係にあることがわかった。この関係にある酸化物とZn4Sb3の界面にはホールが蓄積され，2次元ホールガスが形成される。この2次元ホールガス中をホールは高速で移動するため移動度は増大したと考えられる。