Preparation and thermoelectric properties of β-Ag2Se

Polycrystalline and single-crystalline specimens of β-Ag2Se, variously doped, were prepared by direct reaction of the elements in evacuated quartz tubes. Measurements were made of electrical resistivity, Seebeck coefficient, Hall coefficient, and thermal conductivity as functions of temperature. The experimental variations of these quantities can be accounted for fairly satisfactorily in terms of a conventional conductionplus-valence band model with a small energy gap (∼0·03 eV at room temperature). The theoretical maximum value of ZT at room temperature for n-type material is about 0·65 (Z = 2·2 × 10−3/°K), as determined from the characteristic curve of κ/σT versus Seebeck coefficient based on the above model. The largest measured room-temperature value of Z is 2·3 × 10−3/°K, and specimens with both greater and smaller carrier concentrations have lower Z values, in agreement with the theory. Optimum n-type carrier concentration corresponds closely to that of stoichiometric Ag2Se, and it has not been found possible to prepare β-Ag2Se which is p-type above about 80°K. It is shown that the value of Z(max)T for Ag2Se is limited primarily by the small size of the energy gap, and that any further decrease in the already small room-temperature value of the lattice thermal conductivity (∼0·002 W/cm-°C) would have little effect on Z(max)T. Verschieden dotierte poly- und einkristalline Proben von β-Ag2Se wurden durch direkte Reaktion der Elemente in evakuierten Quarzrohren hergestellt. Gemessen wurde die spezifische elektrische Leitfähigkeit, der Hall-Koeffizient, der Seebeck-Koeffizient und die spezifische Wärmeleitfähigkeit. Die experimentellen Werte können mit Hilfe des konventionellen Bändermodells mit schmaler Energielücke (∼0,03 eV bei Raumtemperatur) befriedigend erklärt werden. Der theoretische Maximalwert von ZT für n-leitendes Material bei Zimmertemperatur leigt bei ungefähr 0,65 (Z = 2,2 × 10−3/°K). Er wurde auf der Grundlage des obigen Modells aus der charakteristischen Kurve κσ T gegen den Seebeck-Koeffzienten bestimmt. Der grösste bei Zimmertemperatur gemessene Wert von Z ist 2,3 × 10−3/°K. Proben mit grösseren oder kleineren Trägerkonzentrationen haben kleinere Z-Werte, in Übereinstimmung mit der Theorie. Optimale n-Typ-Trägerkonzentration erhält man bei stöchiometrischem Ag2Se. Es wurde keine Möglichkeit gefunden β-Ag2Se herzustellen, das oberhalf von 80°K p-leitend ist. Es wird gezeigt, dass der Wert von Z(max)T beim Ag2Se in erster Linie durch die Kleinheit der Energielücke begrenzt wird und dass ein weiterer Abfall des niedrigen Zimmertemperatur-Wertes der thermischen Gitter-Leitfähigkeit (∼0.002 Watt/cm-°C) nur einen geringen Einfluss auf Z(max)T hätte. Des spécimens polycristallins et monocristallins de β-Ag2Se, à différent dopages, ont été préparés par réaction directe des éléments dans des tubes de quartz évacués. La résistivité électrique, le coefficient de Seebeck, le coefficient de Hall et la conductivité thermique ont été mesurés en fonction de la température. Les variations expérimentales de ces quantités peuvent être considérées comme étant assez satisfaisantes aux termes d'un modéle de bande classique conduction-plus-valence, avec une faible énergie d'activation (∼0,03 eV à la température ambiante). La valuer maximum théorique de ZT à la température ambiante, pour un matériau du type n'est de l'ordre de 0,65 (Z = 2,2 × 10−3°K), comme déterminée à partir de la courbe caractéristique de K/σT par rapport au coefficent de Seebeck basé sur le modèle précité. La plus grande valeur de température ambiante mesurée de Z est 2,3 × 10−3°K et des spécimens à concentrations porteuses plus grandes ainsi que des spécimens à concentrations porteuses plus petites possèdent des valeurs de Z plus faibles, conformément à la théorie. La concentration porteuse optimum du type n correspond étroitement à cellu du Ag2Se stoéchimétrique et il n'a pas été possible de préparer du β-Ag2Se du type p à des température supérieures à 80γK environ. On voit que la valeur de Z(max)T pour Ag2Se est limitée avant tout par la faible valeur de l'énergie d'activation et que toute nouvelle diminution de la valeur déjà peu élevée de la temperature ambiante de l a conductibilité thermique de réseau (∼0,002 watt/cm-°C) aurait peu d'influence sur Z(max)T.