Physical properties of two-dimensional layered materials

Abstract

Bu çalışmada, kalay selenür'ün ve onun nano yapılı ve seçilmiş materyallerle hibritleştirilmiş halinin elektriksel ve yapısal gibi fiziksel özelliklerinin yanında termoelektriksel özellikleri, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ile yarı klasik Boltzmann Taşıma Teorisi kullanılarak incelenmiştir. Enerji bant yapısı ve elektronik durum yoğunluğu da ayrıntılı olarak çalışılmıştır. Elektronik taşıma katsayıları BoltzTraP kodu içerisinde varolan sabit gevşeme zamanı çerçevesinde hesaplanmıştır. Ayrıca bu çalışmada kullanılan nano yapılı, hibrit bileşiklerden birinin termoelektrik performansı tabaka sayısına bağlı olarak da hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda SnSe'nin her iki nano yapılı ve hibrit bileşiklerinin termoelektrik verim katsayısı olan ZT'si düşük ve oda sıcaklıklarında yaklaşık 1 civarında olduğu görülmüştür. Bu çalışma, bahsi geçen nano yapılı ve hibrit bileşiklerin özelliklerinin oldukça yüksek bir değere sahip olan Seebeck katsayıları sayesinde uygun katkılamayla termoelektrik amaçlar için değiştirilebileceğini göstermiştir. Ayrıca, bu araştırmaların sonucunda tabakalı perovskit ailesinden olan CsPbI3'ün oldukça yüksek termoelektrik verim katsayısına (ZT= 2.5) sahip olmasından dolayı termoelektrik uygulamalar için ümit vadeden bir materyal olduğu sonucuna varılmıştır.In this study, physical properties such as electrical, structural and paticularly thermoelectrical features of tin selenide (SnSe) and its nanostructured hybridization forms with selected materials are examined by using first-principles calculation via density functional theory and semi-classic Boltzmann Transport Theory. The energy band structure and projected density of states are studied in detail. The electronic transport coefficients are then calculated within the assumption of the constant relaxation time as applied in BoltzTraP code. This study is extended to measure thermoelectric performance of one of the nanostructured hybrid compound used for this work with varying number of layers. Our calculations show that both nanostructured and hybrid forms of SnSe (SnSe-hBN and SnSe-CsPbI3) have the highest value of ZT around ~1 at low temperatures and the room temperature. This study reveals that the use of hybrid SnSe-hBN and SnSe-CsPbI3 can be tuned due to their notably high Seebeck coefficient with appropriate doping rate for the purpose of the thermoelectric practices. This work also concludes that the research for the use of layered CsPbI3 is a promising perovskite with considerably high ZT value (ZT= 2.5) for themoelectric applications.