ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНІ ТА ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ ПО ПЕРЕРІЗУ Pb4Ga4GeSe12–Pb4Ga4GeS12
DOI:
https://doi.org/10.32782/pet-2025-1-14Ключові слова:
напівпровідники, кристали, коефіцієнт Зеєбека, оптичне поглинання, ширина забороненої зониАнотація
У роботі представлені результати досліджень термоелектричних та оптичних властивостей кристалів по перерізу Pb4Ga4GeSe12-Pb4Ga4GeS12 із вмістом 10, 20, 30 мол.% Pb4Ga4GeS12.Мета роботи полягала в експериментальному визначенні питомої електропровідності, типу провідності, коефіцієнта Зеєбека, оцінці ширини забороненої зони та розрахунку термоелектричної потужності кристалів твердих розчинів Pb4Ga4GeSe12–Pb4Ga4GeS12. Усі дослідження проводились при кімнатній температурі (Т≈300 К).Найвищими значення питомої електропровідності (σ≈170 Ом-1·м-1) володіли зразки твердих розчинів Pb4Ga4GeSе12– Pb4Ga4GeS12 з 20 мол.% Pb4Ga4GeS12. Високі значення σ можуть свідчити про стан матеріалів, близький до виродженого. Термоелектричними методами встановлено, що кристали Pb4Ga4GeSe12–Pb4Ga4GeS12 належать до напівпровідників п-типу провідності. Значення коефіцієнтів Зеєбека становили 205 мкВ/К, 220 мкВ/К, 240 мкВ/К для кристалів твердих розчинів Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 з 10, 20 та 30 мол.% Pb4Ga4GeS12. Маючи високі значення коефіцієнта Зеєбека, кристали твердих розчинів Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 є перспективними матеріалами для виготовлення чутливих термодатчиків. Встановлено, що найвищі значення термоелектричної потужності (α2·σ=8,2·10-6 Вт/м·К2) властиві кристалам Pb4Ga4GeSе12–Pb4Ga4GeS12 з вмістом 20 мол.% Pb4Ga4GeS12.Для оцінки ширини забороненої зони досліджено спектральний розподіл коефіцієнта поглинання світла в області краю фундаментального поглинання. Оцінені із спектрів оптичного поглинання значення ширини забороненої зони становили 1,89 еВ, 1,92 еВ, 1,95 еВ для кристалів твердих розчинів Pb4Ga4GeSе12-Pb4Ga4GeS12 з вмістом 10, 20 та 30 мол.% Pb4Ga4GeS12. Встановлено, що досліджувані кристали є непрямозонними.
Посилання
Bellagra H., Nyhmatullina O., Kogut Y., Myronchuk H., Piskach L. Photoconductivity of the Single Crystals Pb4Ga4GeS12 and Pb4Ga4GeSe12. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MPDI ): Proceedings. 2020. Vol. 62, № 1. P. 3–8. https://doi.org/10.3390/proceedings2020062004
Bellagra H.K., Kogut Y.M., Piskach L.V. Component Interaction in the Quasi-Ternary System PbSe–Ga2Se3– GeSe2. J. Phase Equilib. Diffus. 2023. V. 44. P. 3–16. https://doi.org/10.1007/s11669-022-01017-9
Chen, Y.K., Chen, M.C., Zhou, L.J., Chen, L., Wu, L.M. Syntheses, structures, and nonlinear optical properties of quaternary chalcogenides: Pb4Ga4GeQ12 (Q=S, Se). Inorg. Chem. 2013. Vol.52. P. 8334–8341. https://doi.org/10.1021/ic400995z
Rowe D. M. Handbook of thermoelectrics. New. York : CRC Press, 1995. 720 рр.
Freik D.M., Nykyruy L.I., Dzumedzey R.O. et al. Thermoelectric Figure of Merit Optimization of PbX (X=S, Se, Te) Crystals. Physics and chemistry of solid state. 2013. vol. 14. P. 383–389.
Новосад О., Пішова П., Божко В., Шпак В. Термоелектрична добротність монокристалів (AgSb)1-хPbхSe2. Фізика та освітні технології. 2021. №. 1. С. 39–45. https://doi.org/10.32782/pet-2021-1-7
Myronchuk G. L., Nyhmatullina O., Rudysh M. Y. et al. Impact of Structural Defects on the Electronic and Optical Properties of Pb4Ga4Ge(S,Se)12 Crystals. Physica B: Condensed Matter. 2025. Vol. 699. Р. 416834. https://doi.org/10.1016/j.physb.2024.416834
Novosad O., Shygorin P., Bozhko V., Pishova P., Venhryn B., Goldun V. Electrical and Thermoelectrical Properties of PbSe–AgSbSe2 Monocrystals. Proceedings of 16th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering, Lviv-Slavske, Ukraine, February 22–26, 2022, P. 798–801. https://doi.org/10.1109/TCSET55632.2022.9767085
Enrique Macia. Thermoelectric Materials: Advances and Applications. CRC Press, 2015. 364 р.
Новосад О. Теплопровідність та термоелектрична добротність твердих розчинів CuIn5S8-CdIn2S4. Фізика та освітні технології, 2023. № 2. С. 30–35. https://doi.org/10.32782/pet-2023-2-4
Studenyak I., Kranjec M., Kurik M. Urbach Rule in Solid State Physics. International Journal of Optics and Applications. 2014. Vol.4. № 3. P. 76–83. https://doi.org/10.5923/j.optics.20140403.02
