SIFAT MATERIAL TERMOELEKTRIK DENGAN STRUKTUR PITA PUDDING MOLD

• Main Author: Mahayu Adhidewata, Jyesta
• Format: Final Project
• Language: Indonesia
• Online Access: https://digilib.itb.ac.id/gdl/view/54859
• Institution: Institut Teknologi Bandung

Material termoelektrik dapat mengonversi energi panas menjadi energi listrik, atau sebaliknya, menghasilkan pemanasan atau pendinginan dari arus listrik. Meskipun begitu, potensi pemanfaatan material termoelektrik selama ini masih terbatas dikarenakan efisiensi konversi energi dari material termoelektrik (efisiensi ini biasa dinyatakan dalam besaran tak berdimensi yang disebut figure of merit, ZT )yang ada masih rendah. Beberapa metode telah diusulkan untuk mendapatkan material dengan efisiensi termoelektrik yang besar, salah satunya dengan meninjau material yang memiliki struktur pita energi berbentuk pudding mold, yaitu material dengan dispersi energi yang sebanding dengan pangkat empat atau pangkat yang lebih tinggi dari bilangan gelombang. Dalam tugas akhir ini akan dibahas pengaruh dari struktur pita pudding mold terhadap sifat termoelektrik bahan. Selain itu, telah diamati bahwa dengan mengatur band gap material bisa didapat suatu nilai band gap tertentu yang memaksimalkan figure of merit material. Karena itu, dalam tugas akhir ini juga akan ditinjau pengaruh besar band gap terhadap sifat termoelektrik material. Untuk melengkapi pembahasan dalam tugas akhir ini, akan dilakukan perhitungan untuk material dengan dimensi 1D dan 2D, dan akan dihitung sifat termoelektrik dari beberapa material nyata yang memiliki struktur pita pudding mold seperti PtS2 dan FeAs2. Untuk menghitung sifat-sifat termoelektrik material, akan digunakan teori transpor Boltzmann dengan pendekatan aproksimasi waktu relaksasi (relaxation time approximation/RTA). Beberapa perhitungan yang membutuhkan evaluasi numerik dilakukan dengan menggunakan library SciPy dari bahasa pemrograman Python. Sementara itu, perhitungan dari material nyata dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Quantum ESPRESSO dan BoltzTraP. Dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh bahwa material dengan struktur pudding mold memiliki konduktivitas listrik dan termal yang lebih besar dari material dengan struktur pita parabolik, tetapi tidak diperoleh perbedaan yang signifikan antara koefisien Seebeck material dengan struktur pudding mold dan material dengan struktur pita parabolik. Sementara itu, dengan memvariasikan band gap dari material, didapat bahwa koefisien Seebeck, dan figure of merit, akan meningkat ketika band gap dinaikkan hingga sekitar 5kBT ketika figure of merit akan tetap konstan ketika band gap dinaikkan. Jika digunakan struktur pita dengan bentuk pita konduksi dan pita valensi yang berbeda, ternyata bisa didapatkan figure of merit yang lebih besar. Perhitungan dengan material 2 dimensi menunjukkan bahwa sifat material 2D tidak berbeda jauh dari material 3D, tetapi perhitungan dengan material 1D menunjukkan bahwa struktur parabolik dapat menghasilkan figure of merit yang lebih besar daripada struktur pudding mold dikarenakan density of states yang lebih besar. Perhitungan dengan material pudding mold nyata menunjukkan bahwa material pudding mold memiliki figure of merit yang lebih besar. Dari hasil-hasil ini bisa disimpulkan bahwa figure of merit terbesar bisa dicapai dengan material yang memiliki struktur pita pudding mold dan band gap yang besar, atau untuk material dengan band gap yang kecil, menggunakan struktur pita yang asimetris.