고온 열전재료에서 이중 도핑·화학 설계와 산소/전자 구조 제어를 통한 성능 최적화 연구

Performance Optimization of High-Temperature Thermoelectrics via Chemical Design and Oxygen/Electronic Structure Control

연구 내용

고온용 열전재료에서 반가반응/밸런스 규칙을 변형한 조성 설계와 Cu·Bi 등 공도핑을 통해 전자 수송과 격자 산란을 동시에 최적화하고, 산소 공공 제어 및 인화물 단결정 성장을 통해 수송 특성을 설계하는 연구

고온 폐열 발전용 열전 성능을 목표로 전자 수송과 격자 열전달을 동시에 설계합니다. double half-Heusler 계열에서는 valence-balanced rule을 깨는 방식으로 전자 수송을 확보하고, Cu 및 Bi 공도핑을 통해 점결함 기반 phonon scattering과 weighted mobility를 함께 조절합니다. 한편 산화물 열전발전에서는 원자자리 표적 도핑과 용출 기반 산소 공공 농도·분포 제어를 활용해 전하 및 산란 경로를 동시 조절합니다. 또한 삼원계 인화물 단결정 성장과 band transport modeling을 결합해 effective mass 및 deformation potential을 도출하는 방식으로 고온 최적 조성을 탐색합니다.

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2건

연구 흐름

초기에는 밴드 모델링과 수송 파라미터를 통해 고온에서 성능을 좌우하는 요인을 예측하고, 이를 실제 단결정 또는 다결정 합성으로 검증하는 연구 축을 구성했습니다. 이후 고온 산화물 열전발전에서는 산소 공공의 농도·분포를 원자자리 도핑과 용출 공정으로 제어하여 전기적 특성과 격자 산란을 함께 튜닝했습니다. 병행해서 인화물 삼원계 조성은 단결정 성장 공정을 적용하고 effective mass 및 deformation potential을 기반으로 carrier-phonon 상호작용을 해석하는 방향으로 심화했습니다. 최근에는 Heusler 기반 재료에서 조성 설계 규칙을 변형하고 공도핑으로 전자·열 수송을 동시 최적화하는 연구를 수행합니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

고온 폐열 회수 열전 소자
double half-Heusler 열전재
Cu/Bi 공도핑 설계
산소 공공 제어 열전발전 소재
용출 기반 결함 형성 공정
삼원계 인화물 단결정 성장
band transport modeling 기반 조성 탐색
carrier-phonon 상호작용 평가
수송-열전달 동시 최적화
모듈용 고온 안정 재료