Полупроводниковые соединения Сu2CoGeS4, Cu2CoGeSe4, Cu2CoSnS4, Cu2CoSnSe4: синтез, структурные, термоэлектрические свойства

Abstract

Представлены результаты синтеза поликристаллических образцов соединений Сu2CoGeS4, Cu2CoGeSe4, Cu2CoSnS4, Cu2CoSnSe4 и исследования их структурных и термоэлектрических свойств. Для каждого образца определены параметры элементарной ячейки, температура плавления, рассчитаны скорость звука, рентгеновская плотность и температура Дебая. Установлено, что соединения Сu2CoGeS4, Cu2CoSnS4, Cu2CoSnSe4 кристаллизуются в тетрагональной структуре станнита с соотношением a/c ~ 2; Cu2CoGeSe4 – в орторомбической структуре. Термоэлектрические свойства исследованных соединений закономерно изменяются в температурном диапазоне 298–523 К. Коэффициент Зеебека возрастает с температурой для всех соединений, при этом минимальные значения в ряду демонстрирует Cu2CoSnSe4 (135 → 195 мкВ/К), максимальные − Cu2CoGeS4 и Cu2CoSnS4 (307 → 384 мкВ/К соответственно). Удельное электросопротивление монотонно снижается: от 0,92 (Cu2CoSnSe4) − 3,41 (Cu2CoSnS4) Ом · см при 298 К до 0,13 (Cu2CoSnSe4) − 0,35 (Cu2CoSnS4) Ом · см при 523 К. Теплопроводность изменяется с 2,12 (Cu2CoGeSe4) по 3,50 (Cu2CoSnS4) Вт/(м · К) при 298 К и 1,80 (Cu2CoGeSe4) − 3,70 (Cu2CoGeS4) Вт/(м · К) при 523 К. Высокие значения коэффициента Зеебека, низкое электросопротивление и теплопроводность при повышенных температурах указывают на перспективность данных соединений для применения в термоэлектрических преобразователях. Соединения Сu2CoGeS4, Cu2CoGeSe4, Cu2CoSnS4, Cu2CoSnSe4 состоят из нетоксичных и широкодоступных элементов, что отвечает современным требованиям к экологичности термоэлектрических материалов и открывает возможности для их практического использования в термоэлектрических устройствах.