Nanostrutture che potenziano la termoelettrica

I generatori termoelettrici convertono direttamente il calore in energia elettrica. Al contrario dei motori termici, i loro componenti elettrici per la conversione di energia non hanno parti in movimento e non producono alcuna emissione di gas serra. Tuttavia, il loro costo relativamente elevato e la bassa efficienza rende i convertitori termoelettrici adatti solo ai mercati di nicchia. Con una bassa conduttività termica e un’elevata mobilità del trasportatore, i nanofili semiconduttori e le loro etero strutture in particolare sono candidati molto interessanti per la conversione di energia. Un miglioramento significativo delle proprietà termoelettriche dovrebbe aprire la strada a un certo numero di nuove applicazioni.

Nell’ambito del progetto WISE (“Nanowire structures for energy conversion”), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sviluppato innovative nanostrutture di semiconduttori con una dispersione fononica migliorata. Il progetto WISE ha analizzato l’efficienza termoelettrica dei nanofili a semiconduttori III-V omogenei e le etero strutture formate direttamente sul silicio tramite diverse tecniche.

Un risultato importante è rappresentato da una nuova tecnica di crescita selettiva di nanofili all’interno di modelli di nano tubi senza catalizzatori. Il modello è stato riempito selettivamente con nanofili omoepitassiali ed eteroepitassiali, con la morfologia completamente definita dalla sua geometria. Rispetto alla crescita dei nanofili auto catalizzata o catalizzata con metalli, non è stata osservata alcuna mescolanza delle (etero)interfacce né alcuna formazione non intenzionale di virole del nocciolo.

Gli scienziati hanno caratterizzato completamente le proprietà di trasporto termico ed elettrico dei nanofili in arseniuro d’indio (InAs). La conduttività termica rilevata è di 20-30 volte inferiore rispetto al InAs.

WISE ha dimostrato con successo che le strutture monodimensionali come i nanofili sono un materiale termoelettrico efficace. I ricercatori hanno inoltre sviluppato tecniche che possono servire come percorso di integrazione monolitico generale per i componenti elettronici basati su semiconduttori III-V e per i dispositivi optoelettronici in silicio.