Nanoestructuras que potencian el efecto termoeléctrico

Los generadores termoeléctricos convierten directamente el calor en energía eléctrica. A diferencia de las máquinas térmicas, sus componentes eléctricos destinados a la conversión de energía no tienen partes móviles, ni tampoco producen gases de efecto de invernadero. Sin embargo, su coste relativamente elevado y su baja eficiencia hacen que los convertidores eléctricos sean adecuados únicamente para mercados muy concretos. Debido a su baja conductividad térmica y a la elevada movilidad de sus portadores, los nanocables semiconductores y en concreto sus heteroestructuras se presentan como posibilidades muy interesantes para la conversión de energía. La consecución de unas propiedades termoeléctricas significativamente mejores abriría la puerta a una serie de aplicaciones hasta ahora inexistentes.

En el marco del proyecto «Nanowire structures for energy conversión» (WISE), un equipo de científicos ha desarrollado nanoestructuras semiconductoras novedosas con una dispersión de fonones aumentada. Dentro del proyecto WISE se ha investigado la eficiencia termoeléctrica de los nanocables semiconductores III-V homogéneos y de las heteroestructuras formadas directamente sobre silicio mediante técnicas diversas.

Uno de los logros más importantes lo constituye una nueva técnica de crecimiento selectivo de nanocables dentro de plantillas de nanotubos que no utiliza catalizadores. La plantilla se llena selectivamente de nanocables homoepitaxiales y heteroepitaxiales con su morfología definida enteramente a partir de su geometría. Comparado con el crecimiento de nanocables catalizado con metales o autocatalizado, no se han observado entremezclas de interfaces (heterogéneas) ni formaciones accidentales del tipo núcleo/corteza («core-shell»).

El equipo científico ha caracterizado completamente las propiedades del transporte eléctrico y térmico en nanocables de arseniuro de indio (InAs). Se ha descubierto que su conductividad térmica es entre veinte y treinta veces inferior a la del InAs en masa.

Con el proyecto WISE se ha demostrado que las estructuras unidimensionales —los nanocables— son materiales termoeléctricos eficientes. Asimismo han desarrollado técnicas que podrían servir de vía general de integración monolítica en silicio para dispositivos electrónicos y optoelectrónicas basados en semiconductores III-V.