Thermoelectric properties of cold pressed samples of semiconductor (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ solid solutions

Abstract

The composition dependences of thermoelectric (TE) properties of (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ solid solutions (0 < x < 1) produced by cold pressing and subsequent annealing were investigated at room temperature. Samples were prepared from cast polycrystals, obtained by the cooling of melt down to room temperature in evacuated quartz ampoules and subsequent annealing. It was established that cast samples exhibited p-type conductivity in the entire composition range, and an increase in the Sb₂Te₃ content led to the growth of electrical conductivity and drop of the Seebeck coefficient. The change of the conductivity type from positive to negative in the composition range x = 0 - 0.6 took place after cold pressing and composition dependencies of the properties became more complex. The maximum figure of merit value (Zmax = (3.1±0.4)·10⁻³ K⁻¹) that was achieved in cold-pressed annealed samples at x = 0.8 was comparable to the values of Z for single crystals of undoped (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ solid solutions and for polycrystalline samples produced by other methods. It follows from the data obtained that the proposed method of preparing the samples of (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ solid solutions by cold pressing and subsequent annealing may appear to be useful in thermoelectric devices.

За кімнатної температури досліджено залежності термоелектричних властивостей від складу твердих розчинників (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ (0 < x < 1), підданих холодному пресуванню із наступним відпалом. Зразки виготовлено із літих полікристалів, які отримано охолодженням розплаву до кімнатної температури у вакуумованих кварцових ампулах і наступним відпалом. Встановлено, що литі зразки мали p-тип провідності в усьому інтервалі складів, а збільшення вмісту Sb₂Te₃ призводить до зростання електропровідності і зниження коефіцієнта Зеєбека. Після холодного пресування спостерігалася зміна тип провідності із діркового на електронний в інтервалі складів x = 0 - 0.6, а концентраційні залежності властивостей набували складнішого характеру. Максимальне значення термоелектричної добротності (Zmax = (3.1±0.4)·10⁻³ K⁻¹) у холоднопресованих відпальних зразках спостерігалося при x = 0.8, зрівняним із відомими з літератури значеннями Z для монокристалів і гарячепресованих полікристалів нелегованих твердих розчинів (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃. Із отриманих даних випливає, що запропонований метод виготовлення зразків твердих розчинів (Bi₁₋ₓSbₓ)₂Te₃ холодним пресуванням із наступним відпалом може бути корисним для застосування у термоелектричних пристроях.