Schichtstrukturen aus isotopisch angereichertem Silizium

Isotopically enriched silicon heterostructures and its thermoelectric properties

Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Bei der Suche nach Materialien, die optimale thermoelektrische Eigenschaften besitzen, gibt es eine Fülle von Kandidaten. Ziel aller Bestrebungen ist die Reduktion der Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, damit Wärmeströme mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad in elektrische Energie gewandelt werden können.

Prof. Dr. Georg Bastian (Fakultät Technologie und Bionik) verfolgt gemeinsam mit Professor Dr. Hartmut Bracht von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster einen neuartigen Weg unter Verwendung von Metamaterialien, der neue Erkenntnisse in grundlegende Zusammenhänge bieten, aber auch einen möglichen Weg für kommerzielle thermoelektrische Module bereiten kann. Die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit kann dazu durch alternierende Mehrfachschichten von verschiedenen Siliziumisotopen erreicht werden, was man schon klassisch verstehen kann: Die geringen Massenunterschiede führen zu entsprechend geringen Unterschieden der Schallgeschwindigkeit von einer Schicht zu anderen. An jeder Grenzfläche kommt es zu einer partiellen Rückreflexion von Wärme, die durch Gitterschwingungen getragen wird. Der elektronische Transport hingegen wird von der Isotopenstruktur nicht beeinflusst.

Im Rahmen des Projekts werden derartige Strukturen berechnet, charakterisiert und optimiert. Insbesondere die möglichen Grenzen dieses Konzepts sollen ausgelotet werden.