Nur ein Drittel der Primärenergie wird weltweit genutzt. Der weit größere Anteil
geht als Abwärme verloren. Unter der Thermoelektrik versteht man die Stromerzeugung
auf Grund eines Temperaturgradienten. Dieser Forschungsbereich hat in den letzten
Jahren sehr viel an Bedeutung gewonnen, da somit der Wirkungsgrad bei der
Energieumwandlung durch Nutzung der Abwärme erhöht werden kann. Der Wirkungsgrad
wird durch die Gütezahl ZT gegeben, die definiert ist als: ZT = S2σ T/κ, wobei S die
Thermokraft, σ die elektrische Leitfähigkeit und κ die thermische
Leitfähigkeit angibt. Zur technischen Realisierung muss ZT größer als 1 sein.
Vor allem in der Automobil-Industrie und im Kraftwerkbau wird ein Einsatz der
Thermoelektrik erwartet. Ebenso verwendet man thermoelektrische Materialien zur Kühlung bzw. zum Heizen, in
dem man durch Anlegen eines Stroms eine Seite abkühlt und die andere Seite heizt
(Peltierkühlung).
Am MPI CPfS werden eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungsklassen untersucht,
die vielversprechende thermoelektrische Eigenschaften haben.
• Clathrate haben als Käfigstrukturen intrinsisch niedrige thermische Leitfähigkeiten, deren Thermokräfte für Halbleiter relativ hoch sind. Vor allem im Hochtemperaturbereich scheinen sie gut geeignet zu sein, da sie thermisch stabil sind.
• Skutterudite haben ebenfalls kleine thermische Leitfähigkeiten. Die Thermokraft kann durch geeignete Wahl der Füllatome in unterschiedlichen Temperaturbereichen erhöht werden.
• Zintlphasen sind Halbleiter mit komplexen Kristallstrukturen, die günstige thermoelektrische Eigenschaften im Hochtemperaturbereich haben.
• Stark korrelierte Halbleiter zeigen extrem große Thermokräfte unterhalb des Öffnens der Energielücke von einigen meV. FeSb2 mit einer riesigen Thermokraft bei 10K hat großes Potenzial als Peltierkühler unterhalb Stickstofftemperatur eingesetzt zu werden.