Termoelektrik (TE), termoelektrik etkiler ile ısının doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesini veya elektriğin soğutma ya da ısıtma amaçlı kullanılmasına olanak sağlar. Termoelektrik cihazların enerji üretmek amaçla kullanılmasına “termoelektrik jeneratör”, ısıtma veya soğutma amaçlı kullanılmasına “termoelektrik soğutucu” adı verilmektedir. Bu cihazlar, üstlendikleri bu görevleri sadece kendini oluşturan yarı iletken termoelektrik malzemelerin malzeme özellikleri olan elektronların ve boşlukların katı hal içerisindeki hareketleriyle sağlamaktadır. Bu yüzden termoelektrik malzemelerin sessiz çalışmaları, kompakt olmaları, basit ve hafif yapılı olmaları, çalışırken herhangi bir iş akışkanına ve çevrime gerek duymamaları, bakım gerektirmemeleri ve uzun ömürlü olmaları gibi birçok avantajlarından dolayı uzay araçları, askeri, tıp, endüstriyel uygulamalar ve bilimsel çalışmalar gibi birçok sektörde kullanım alanı her geçen gün yaygınlaşmaktadır. Termoelektrik malzemelerin tek dezavantajı şu anda aynı amaçlı kullanılan diğer sistemlere göre verimlerinin düşük ve üretim maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Bu malzemelerin verimliliği, termoelektrik performans katsayısı (figure of merit) olarak adlandırılan boyutsuz ZT parametresi ile belirlenmektedir.
Denklemde, α: Seebeck katsayısı (V/K), ρ: elektriksel özdirenç (Ω.m), k: ısı iletim katsayısı (W/m.K), σ: elektriksel iletkenlik (S/m) ve T: ortalama sıcaklık (K) olarak tanımlanmaktadır. Bugün ticari olarak kullanılan TE cihazların büyük bir kısmı Bi2Te3 ya da Sb2Te3 (bizmut-tellür) bazlıdır. Bizmut-tellür bazlı termoelektrik malzemelerin ZT değeri oda sıcaklığında yaklaşık 1 değerinde olup buna karşılık gelen TE cihazın verimliği %5-8 arasında değişmektedir. Bu malzemelerin diğer sistemlere göre verimlerinin düşük olması, özellikle bilim insanlarını, yüksek ZT değerine sahip yeni nesil TE malzeme gruplarının bulunması üzerine odaklanmasına sağlamaktadır. En iyi ZT değerine sahip yığın (bulk) termoelektrik malzemelerin bir kısmı aşağıdaki gibi gösterilmektedir.
Kaynaklar
[1] Rull-Bravo, M., Moure, A., Fernandez, J. F. and Martin-Gonzalez, M., "Skutterudites as thermoelectric materials: revisited", The Royal Society of Chemistry, 5, 41653, 2015.