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Energieerzeugung: Van-der-Waals-Schottky-Diode
Wärmeenergie als neuer alternativer Kraftstoff

Ein neuartiges Bauelement wandelt von Elektrogeräten erzeugte Wärmeenergie bis zu dreimal effizienter in Strom um als Silizium.

Foto: svenaw/stock.adobe.com

Die Van-der-Waals-Schottky-Diode besteht aus mehrschichtigem Verbundmaterial und wurde von einem Forscherteam um Yi Gu von der Washington State University (WSU) entwickelt. Laut Gu ist die, im Verhältnis zu anderen in der Elektronik verwendeten Grundmaterialien, Umsetzfähigkeit der neuen Diode sehr groß. Die erzeugte Energie könne bei Smartphones und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Unterschied zur gewöhnlichen Schottky-Diode

Die Van-der-Waals-Schottky-Diode leitet – wie eine reguläre Schottky-Diode – Strom in eine bestimmte Richtung. Einen Unterschied gibt es im Material. Die Forscher verzichteten darauf, übliche Metalle wie Aluminium oder Kupfer mit herkömmlichem Halbleitermaterial wie Silizium zu kombinieren. Das neue Bauelement besteht aus mehrschichtigem, mikroskopischem, kristallinem Indiumselenid. Die 2D-Atomlagen-Heterostrukturen werden als van der Waals bezeichnet.

Die meisten Van-der-Waals-Strukturen bestehen aus Graphen und anderen kohlenstoffbasierten Verbindungen. Bei der Herstellung der neuen Diode verwendete man einen einfachen Erwärmungsprozess, damit eine Schicht des Indiumselenids wie ein Metall agiert, während die andere Schicht als Halbleiter arbeitet. 

Nach Angaben der Wissenschaftler weist dieses Material keine Verunreinigungen oder Defekte an der Grenzfläche auf, wo Metall- und Halbleitermaterialien miteinander verbunden sind. Dadurch kann Elektrizität mit einer nahezu 100-prozentigen Effizienz durch die Vorrichtung fließen.

Glatte Verbindung zwischen Metall und Halbleitern ermöglicht höchste Effizienz

"Die Fähigkeit unserer Diode, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, ist im Vergleich zu anderen in der Elektronik verwendeten Massenmaterialien sehr groß. In Zukunft könnte eine Schicht an etwas Warmem wie einem Autoabgas oder einem Computer-Motor und eine andere Schicht an eine Oberfläche bei Raumtemperatur befestigt werden. Die Diode würde dann die Wärmedifferenz zwischen den beiden Oberflächen nutzen, um einen elektrischen Strom zu erzeugen, der in einer Batterie gespeichert und bei Bedarf genutzt werden könnte ", erklärt Gu. Derzeit untersuchen die Wissenschaftler neue Methoden zur Effizienzverbesserung der neuen Schottky-Diode. Ziel sei es außerdem, eine größere Menge des Materials zu synthetisieren.

Das Recyceln der Wärme von Elektrogeräten und Fahrzeugen wäre eine tragfähige erneuerbare Ressource, die darauf wartet, genutzt zu werden. Sollte es Professor Gu und seinem Team gelingen, das kristalline Indiumselenid kostengünstig herzustellen, wird es höchst wahrscheinlich einen Markt dafür geben.

Der Forschungsbericht ist unter dem Titel Phase-Defined van der Waals Schottky Junctions with Significantly Enhanced Thermoelectric Properties im The Journal of Physical Chemistry Letters erschienen.

 

Bild Mitte rechts: Die schematischen Gitterstrukturen des Alpha-Beta-In2Se3-Van-der-Waals-Metall-Halbleiter-Übergangs (linkes Feld) und optisches Mikrobild eines Übergangsbauelements (rechtes Feld) Foto: Yi GU

Bild Mitte links: Handelsübliche Schottky-Dioden in unterschiedlichen Gehäusen (Foto: Steffen Maisch)

Bild unten rechts: Forschungsgruppe  der WSU (Foto: Yi Gu)

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