방전 플라즈마 소결법으로 제조한 n형 Bi2Te2.7Se0.3 열전재료의 열전특성

초록

에너지자원의 다양화, 폐열의 유효 이용이 환경문제와 연결되면서 대체에너지 개발이 부각됨에 따라 열전재료의 중요성이 커지고 있다. 400K 이하의 저온영역에서 대표적으로 사용되는 Bi2Te3계 열전재료는 rhombohedral의 결정구조를 갖는 층상의 화합물로서 c축을 따라 -Te-Bi-Te-Bi-Te-의 순서로 적층되어 있으며, Te-Te 결합면의 약한 Van der Waals 결합으로 인해 매우 취약하고 기계가공 및 소성가공이 매우 어려운 단점을 가지고 있어, 일반적으로 일방향응고법으로 성장시킨 단결정 또는 큰 결정립의 다결정 재료가 실용화되고 있으나, 응고시 Te의 편석에 의한 열전특성의 불균일과 모듈 제조시 절단에 의한 재료의 손실이 큰 단점이다. 따라서, 우수한 열전특성에도 불구하고 낮은 기계적 강도를 극복하기 위하여, 소결법을 이용한 제조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 이 또한 분말의 산화, 불순물의 혼입, 높은 소결온도 및 장시간의 소결시간에 따른 Te의 휘발 등의 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서, 본 실험에서는 분말의 입자표면이 기존의 소결방법들에 비해 쉽게 청정화되고 활성화되어 우수한 소결체를 낮은 온도, 단시간에 제조가 가능한 방전 플라즈마 소결법(Spark Plasma Sintering, SPS)으로 n형 Bi2Te2.7Se0.3 열전재료를 제조하여 열전특성을 조사하였다.