Illustrazione schematica del processo di drogaggio di modulazione e generazione di tensione termica. Credito:Shu-Jen Wang
Riesci a immaginare di caricare il tuo cellulare usando semplicemente il calore del tuo corpo? Può sembrare ancora piuttosto futuristico, ma la termoelettrica può farlo. La termoelettrica consiste nel trasformare il calore in energia utile, utilizzando principalmente materiali inorganici.
A causa della loro flessibilità meccanica, leggerezza e bassa conduttività termica, i semiconduttori organici sono emersi come un sistema di materiali promettente soprattutto per applicazioni termoelettriche flessibili. Un drogaggio efficiente per la creazione di portatori di carica è la chiave delle prestazioni dei dispositivi termoelettrici. Il drogaggio di massa convenzionale introduce tipicamente disordine ad alta concentrazione di drogaggio limitando la conduttività elettrica.
"Nel nostro studio, abbiamo utilizzato l'approccio del drogaggio di modulazione a film sottili organici altamente ordinati, in cui l'impurità del drogante è separata dal canale di conduzione. Con questo metodo, siamo in grado di ottenere un drogaggio altamente efficiente anche ad alte densità di drogaggio senza influenzare il trasporto di carica nei film sottili", spiega il primo autore, il dottor Shu-Jen Wang dell'Istituto di fisica applicata della TU Dresda.
Il team attorno al Prof. Karl Leo ha studiato la carica e il trasporto termoelettrico in cristalli a film sottile di rubrene di ampia area drogati con modulazione con diverse fasi cristalline. Sono stati in grado di dimostrare che il doping di modulazione consente di ottenere efficienze di drogaggio superiori anche per densità di drogaggio elevate, quando il doping di massa convenzionale entra nel regime di riserva. Il rubrene ortorombico drogato con modulazione raggiunge fattori di potenza termoelettrica molto migliorati.
"I nostri risultati mostrano che il drogaggio di modulazione insieme a film semiconduttori organici cristallini ad alta mobilità è una nuova strategia per ottenere termoelettrici organici ad alte prestazioni. Il vantaggio principale della tecnica di drogaggio di modulazione è l'evitare la dispersione di impurità ionizzate nel gap di banda stretto non drogato altamente ordinato semiconduttore che consente di massimizzare in modo indipendente sia la concentrazione del vettore che la mobilità", afferma Shu-Jen Wang.
Il Prof. Karl Leo aggiunge che il loro "lavoro apre nuove strade per realizzare dispositivi termoelettrici flessibili che consentono di generare direttamente energia elettrica dal calore in modo elegante ed efficiente. Crediamo che il nostro lavoro stimolerà ulteriori lavori sui termoelettrici organici ad alte prestazioni utilizzando la modulazione approccio al doping con semiconduttori organici ad alta mobilità."
La ricerca è stata pubblicata su Science Advances . + Esplora ulteriormente
