Estudio ab initio sobre las propiedades termoeléctricas del SnS considerando diferentes estructuras cristalinas

C.I. ZANDALAZINI; E. A. ALBANESI; M. I. OLIVA

Córdoba

Congreso; 106º Reunión de la Asociación de Física Argentina; 2021

Asociación Física Argentina

La capacidad de generar electricidad a partir del calor residual, sin emisión de gases ni piezas móviles, ubica a los materiales termoeléctricos (TE) como sistemas estratégicos para la utilización eficiente de la energı́a en un futuro próximo. La eficiencia de éstos materiales, para una determinada temperatura de trabajo, puede expresarse en términos de una figura de mérito (zT) que involucra el coeficiente Seebeck (S), la conductividad eléctrica ($\sigma$), y la conductividad térmica ($\kappa$) de dicho material. Recientemente, el valor zT más alto de los materiales TE conocidos se descubrió en el SnSe, lo cual ha sido asociado a su intrı́nseca caracterı́stica de estructura cristalina (en capas) ortogonal. Pero el alto costo del Se, y su toxicidad, limitan su empleo en escalas industriales. Es en este sentido que, debido a las similitudes estructurales con el SnS, el bajo costo del S frente al Se, y además por no presentar toxicidad alguna, el SnS se ubica como material promisorio para el desarrollo de dispositivos termoeléctricos. En este trabajo se presentarán cálculos de las propiedades termoeléctricas del SnS considerando diferentes estructuras cristalinas. Se determinaron S, σ, y κ para un rango de temperaturas (100-700 K) y para diferentes concentraciones de portadores (1E17-1E21 cm−3 ). Además, para analizar el rol de la simetrı́a del SnS en su eficiencia termoeléctrica, se contempló el cálculo de estas propiedades discriminando entre las diferentes direcciones cristalográficas del sistema. Los resultados muestran que la simetrı́a del sistema es crı́tica para la eficiencia termoeléctrica del SnS, principalmente en lo que respecta a las concentraciones de los portadores de carga óptimas para alcanzar una alta eficiencia. Para el caso de la simetrı́a del SnS que ha sido más estudiada (Pnma), parte de éstos resultados se pudieron comparar con datos experimentales obtenidos de la literatura, presentando una excelente correspondencia. Los cálculos de la estructura electrónica fueron obtenidos en el marco de la teorı́a de la funcional densidad, y para las propiedades termoeléctricas se empleó la teorı́a de transporte de Boltzman.