Исследователи из Техасского университета в Далласе при поддержке промышленной компании разработали способы улучшения характеристик и масштабирования производства термоэлектрических элементов из кремния. Статья о разработке опубликована в журнале Nature Electronics.

Некоторые материалы способны преобразовывать разность температур между своими поверхностями в электрический ток. Это явление называется эффектом Зеебека и может использоваться для получения энергии во всех сферах, в которых можно создать значительную разность температур. Проблема только в низком КПД таких источников и очень маленьких значениях напряжения, которое они создают.

Известно, что кристаллическая форма кремния не подходит для выработки термоэлектричества. Исследование 2008 года показало, что свойства этого материала меняются, когда он находится в виде нановолокон и два из трех его измерений меньше 100 нм. Однако за десятилетие, прошедшее с момента создания нановолокон, попытки сделать из них эффективный кремниевый термоэлектрический генератор не увенчались успехом. Одним из препятствий является то, что нанопроволока слишком мала, чтобы на ее основе можно было создать элемент Зеебека.

Чтобы решить эту проблему, команда американских ученых создала «нанолезвия» толщиной в 80 нм, а шириной примерно в 650 нм. Такой размер материала уже позволяет создать на его основе термоэлектрогенератор. И хотя эффективность таких лезвий ниже, чем у нановолокон, их можно использовать в промышленных масштабах. Ученым также удалось произвести партию таких устройств. Испытав новые генераторы, исследователи смогли получить удельные напряжения до 29 мкВт x см^-2 x K^-2.

«Мы оптимизировали конфигурацию кремниевого материала, чтобы использовать его для создания самых эффективных термоэлектрических генераторов в мире, — подчеркнул ведущий автор исследования Ган Ху. — Поскольку это кремний, он остается недорогим, простым в установке, необслуживаемым, долговечным и потенциально биоразлагаемым. В дальнейшем мы хотим интегрировать эту технологию с микропроцессором, с датчиком на том же чипе, с усилителем или радио и так далее».