Zeitschrift für Nanomaterialien und molekulare Nanotechnologie

Effektive Methoden zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und des Seebeck-Koeffizienten thermoelektrischer PEDOT: PSS-Filme

Jianwei Xu

Die thermoelektrische Energieumwandlung, bei der Abwärme in Elektrizität umgewandelt wird, hat als potenzielle saubere Energietechnologie viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Leistung thermoelektrischer Materialien wird durch die dimensionslose Gütezahl (ZT) bestimmt, die gleich σS2T/κ ist, wobei κ die Wärmeleitfähigkeit, S der Seebeck-Koeffizient und σ die elektrische Leitfähigkeit ist. σS2 ^steht für den Leistungsfaktor. Obwohl ein niedriger k-Wert und ein hoher Leistungsfaktor erforderlich sind, um hohe ZT-Werte zu erreichen, begrenzt die widersprüchliche Beziehung zwischen S und σ die weitere Modulation von ZT thermoelektrischer Materialien. Leitfähige Polymere versprechen die nächste Generation thermoelektrischer Materialien zu werden. Sie haben von Natur aus einen niedrigen κ-Wert und einen potenziell hohen σ-Wert, sind kostengünstig, können großflächig verarbeitet und einfach synthetisiert werden. Leitfähige Polymere wurden als thermoelektrische Materialien umfassend untersucht. Unter den untersuchten polymeren TE-Materialien ist Poly(3,4-ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonat) (PEDOT:PSS) besonders interessant. Es ist thermisch stabil, mit Wasser verarbeitbar und kann nach Nachbehandlung eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Es wurde berichtet, dass das σ von PEDOT:PSS-Filmen durch verschiedene Nachbehandlungsmethoden zur Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration stark verbessert werden kann. Dieser hohe Dotierungsgrad führt jedoch wegen der zusätzlichen Ladungsträger zu einem kleinen S-Wert und daher sind geeignete Methoden zur Erhöhung des S-Werts erforderlich. Darüber hinaus haben frühere Studien bereits gezeigt, dass der Leistungsfaktor durch Regulierung des Redoxniveaus mittels elektrochemischer oder chemischer Methoden verbessert werden kann, wodurch die thermoelektrischen Eigenschaften durch die Kontrolle der Ladungsträgerkonzentration optimiert werden. Andererseits sind die zur Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften verwendeten Chemikalien meist toxisch und ihr großflächiger Einsatz sollte aus Sicherheits- und Umweltgründen vermieden werden. Diese Arbeit stellt mehrere Chemikalien vor, mit denen der Oxidationsgrad von PEDOT:PSS-Filmen angepasst und ihre elektrische Leitfähigkeit, ihr Seebeck-Koeffizient und ihre Umweltstabilität verbessert werden können.