Herstellung und Charakterisierung eines thermoelektrischen Materials auf Basis von bordotierten nanokristallinen Diamantfolien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Rosiwal
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240588225

Zur nachhaltigen Nutzung der Abwärmemengen beispielsweise von Fahrzeugen oder Kraftwerken eignet sich die auf dem Seebeckeffekt beruhende Technik der thermoelektrischen Generatoren (TEG), die aus Temperaturdifferenzen direkt elektrischen Strom erzeugt. Die derzeitig etablierten thermoelektrischen Materialen lassen keinen wirtschaftlich sinnvollen Einsatz zu, weil sie entweder toxisch und nur in sehr geringen Mengen verfügbar sind (Bismut- und Bleitelluride), oder noch zu geringe Wirkungsgrade aufweisen (SiGe). Einkristalliner oder mikrokristalliner Diamant haben eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 2000 W/mK) und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit, weshalb sie als thermoelektrisches Material zunächst ungeeignet scheinen. Durch die Abscheidung von bordotiertem, nanokristallinem Diamant auf temperaturbeständigen Templaten im CVD-Verfahren und deren nachfolgende Ablösung können selbsttragende Diamantfolien hergestellt werden. Diese sind ein vielversprechendes thermoelektrisches Material, weil sie sowohl gute elektrische Leitfähigkeiten als auch niedrige Wärmeleitfähigkeiten (2 W/mK) aufweisen. Dazu sind sie und sehr temperaturbeständig (600 °C an Luft, 1100 °C unter Luftabschluss). Dadurch erscheinen hohe Wirkungsgrade (ZT-Werte 2-3) möglich. Im beantragten Projekt sollen bordotierte, p-leitende, nanokristalline Diamantfolien mit verschiedenen Prozessparametern (Druck, Methangehalt, Borgehalt, Beschichtungstemperatur) hergestellt und auf ihre thermoelektrischen Eigenschaften (Seebeckkoeffizient, thermische und elektrische Leitfähigkeit) untersucht werden. Außerdem sollen die p-Folien mit schon existierenden ("schlechten") n-Folien zu thermoelektrischen Generatoren verlötet und dann ebenfalls charakterisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen