Novel thermoelectric, thermovoltaic, and phonoelectric heat conversion systems based on nitrides semiconductors
Project goals
This project is focused on development of n-type and p-type semiconductors based on doped ScN and CrN materials for heat conversion applications. These nitrides present potential high thermoelectric figure of merit in the temperature range from 600 K to 800 K. Thermoelectric applications are, however, limited by high thermal conductivity for ScN and low electrical conductivity for CrN. The main idea of this project is to dope these nitride structures with suitable elements in order to improve their properties. These enhancements will increase the thermoelectric figure of merit corresponding to the thermoelectric efficiency. Several doping elements will be tested in order to get n-type and p-type semiconductors with high values of thermoelectric efficiency. To support and supplement the experimental part we propose theoretical investigations based on state-of-the-art density functional theory calculations. Finally, first developments of heat conversion p-n junctions will be performed by applying results obtained on tested materials.
Keywords
thermoelectricitythermovoltaicphonoelectricitynitridessemiconductormagnetron sputteringpulsed laser depositionthin filmsmaterials engineering
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-07228S
Alternative language
Project name in Czech
Nové termoelektrické, termovoltaické a fononelektrické systémy pro konverzi tepla na bázi polovodičů nitridů
Annotation in Czech
Tento projekt je zaměřen na vývoj n typových a p typových polovodičů založených na dopovaném ScN a CrN pro aplikace přeměny tepla. Tyto nitridy vykazují potencionálně vysokou termoelektrickou účinnost v teplotním rozmezí 600 K až 800 K. Jejich termoelektrické aplikace jsou však omezeny vysokou tepelnou vodivostí u ScN a malou elektrickou vodivostí u CrN. Hlavní idea tohoto projektu je dopovat tyto nitridové struktury vhodnými prvky, tak aby se jejich vlastnosti zlepšily. To pak povede ke zvýšení termoelektrické účinnosti. Pro dosažení n-typových a p-typových polovodičů s vysokou termoelektrickou účinností bude vyzkoušeno několik druhů dopantů. Na podporu a doplnění experimentální části navrhujeme teoretický výzkum založený na nejmodernějších kvantově mechanických výpočtech teorie funkcionálu hustoty. S využitím výsledků získaných na testovaných materiálech bude nakonec proveden první vývoj p-n přechodů pro přeměnu tepla.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10302 - Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
OECD FORD - secondary branch
20506 - Coating and films
OECD FORD - another secondary branch
21001 - Nano-materials (production and properties)
BM - Solid-state physics and magnetism
JJ - Other materials
JK - Corrosion and material surfaces
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Feb 29, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
8,014 thou. CZK
Public financial support
7,537 thou. CZK
Other public sources
477 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
8 014 CZK thou.
Public support
7 537 CZK thou.
94%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Condensed matter physics (including formerly solid state physics, supercond.)
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025