Investigadores de la Universidad de Tecnología de Queensland (QUT) han encontrado una nueva forma de incorporar iones de cobre en el material termoeléctrico de telururo de germanio, mejorando significativamente su capacidad para convertir el calor residual en electricidad. Los resultados de la investigación se publicaron en Nature Communications.
El telururo de germanio puede utilizarse en dispositivos electrónicos para convertir el calor en electricidad, lo que ayuda a ahorrar energía y alimentar dispositivos pequeños. En este estudio, además de la primera autora Yongqi Chen, también participaron el profesor Zhigang Chen, el Dr. Meng Li, el Dr. Xiaodong Wang y otros de la QUT.
El profesor Zhigang Chen explicó que el dopado con cobre es un proceso de adición de pequeñas cantidades de cobre a un material para alterar sus propiedades, como mejorar la conductividad eléctrica. Aunque el telururo de germanio es conocido por su capacidad para convertir la energía térmica en eléctrica, su rendimiento a menudo no es satisfactorio debido a la disposición de sus átomos; la mayoría de las pérdidas de energía en los materiales se originan en su estructura atómica.
Yongqi Chen señaló que la investigación empleó una estrategia de dopado dirigido, utilizando iones de cobre para mejorar el rendimiento termoeléctrico del material, proporcionando así un nuevo camino para la conversión eficiente de energía en materiales. La estructura atómica del telururo de germanio presenta defectos naturales que afectan a su rendimiento de conversión termoeléctrica. Al adherir iones de cobre a puntos específicos de la estructura cristalina del material, se puede generar más energía que con materiales similares anteriores.
El profesor Chen afirmó que los intentos previos de dopar telururo de germanio con cobre eran de tipo "intersticial", es decir, insertar iones de cobre entre los átomos de la estructura reticular sin reemplazar los átomos existentes. Este nuevo estudio, sin embargo, emplea una innovadora estrategia de solución sólida que puede guiar con precisión a los iones de cobre para que sustituyan a los átomos existentes en el material.
En el campo de la termoelectricidad, los investigadores miden la capacidad de un material para convertir el calor en electricidad o viceversa calculando su "factor de mérito". El profesor Chen dijo que el nuevo material de este estudio alcanzó un factor de mérito de hasta 2,3, en comparación con 1,5 de versiones anteriores, lo que supone una mejora de más del 50%.
El profesor Chen también destacó que esta técnica abre el camino para identificar defectos en la estructura atómica de los materiales, que luego pueden mejorarse con precisión mediante el procesamiento de solución sólida, produciendo así materiales con mejor rendimiento y menos defectos.
