열전 소재의 성능은 통상 무차원 성능지표인 zT로 평가된다. zT의 증가는 전기 및 열 수송 특성 간의 복잡한 상관관계로 인해 도전적이다. 본 연구는 본질적으로 낮은 격자 열전도도로 인해 고온 응용에 유망할 것으로 예측되는 Y 2 Te 3 기반 열전 소재에 초점을 맞춘다. 전자적 및 구조적 특성에 대한 영향을 탐색하기 위해, 여분의 Y를 포함한 일련의 Y 2+ x Te 3 조성을 합성하였다. 밀도범함수이론 계산은 추가적인 Y 원자가 전하 운반자를 증가시켜 전기 전도성을 향상시키고 열전 성능을 증진함을 시사한다. X선 회절 분석 결과, 여분의 Y의 존재는 격자 부피를 감소시키고 결합 구조를 변화시키는 것으로 나타났다. 또한 Bi의 첨가는 원소 Bi 입자의 분리를 촉진하고 Y-Bi-풍부 과립계(grain boundaries)를 형성함으로써 전력인자(power factor)를 크게 향상시키며, 이는 가중 이동도(weighted mobility)를 개선한다. 이러한 미세구조 최적화는 제벡 계수(Seebeck coefficient)를 4배 증가시켜, 973 K에서 zT 1.23의 피크 값을 달성하고, 온도차 673 K에서 예측 최대 전환 효율 10.3%를 나타내었다. 본 연구 결과는 고온 열전 응용에서 Y 2 Te 3의 잠재력을 보여주며, 과립계 공학(grain boundary engineering)을 통해 열전 성능을 향상시킬 수 있음을 입증한다.

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