KR101626933B1

KR101626933B1 - 신규한 화합물 반도체 및 그 활용

Info

Publication number: KR101626933B1
Application number: KR1020130147674A
Authority: KR
Inventors: 권오정; 고경문; 김태훈; 박철희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2016-06-02
Also published as: JP6238149B2; EP3073535A1; WO2015080527A1; US10134970B2; KR20150062723A; EP3073535A4; US20170170379A1; JP2017507872A; EP3073535B1

Abstract

본 발명은 열전 재료 등의 용도로 사용될 수 있는 신규한 화합물 반도체 및 그 활용을 개시한다. 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 다음의 화학식 1과 같이 표시될 수 있다.
<화학식 1>
[Bi_1-xM_xCu_u-wT_wO_a-yQ1_yTe_bSe_z]A_c
상기 화학식 1에서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0<w≤1, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤b<1.5, 0≤z<1.5 및 0<c<0.2이다.

Description

신규한 화합물 반도체 및 그 활용 {New compound semiconductors and their application}

본 발명은 열전 재료, 태양 전지 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 신규한 화합물 반도체 물질 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 용도에 관한 것이다.

화합물 반도체는 실리콘이나 게르마늄과 같은 단일 원소가 아닌 2종 이상의 원소가 결합되어 반도체로서 동작하는 화합물이다. 이러한 화합물 반도체는 현재 다양한 종류가 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 대표적으로, 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용한 열전 변환 소자, 광전 변환 효과를 이용한 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광 소자와 태양 전지 등에 화합물 반도체가 이용될 수 있다.

우선, 태양 전지는 자연에 존재하는 태양광 이외에 별도의 에너지원을 필요로 하지 않는다는 점에서 친환경적이므로, 미래의 대체 에너지원으로 활발히 연구되고 있다. 태양 전지는, 주로 실리콘의 단일 원소를 이용하는 실리콘 태양 전지와, 화합물 반도체를 이용하는 화합물 반도체 태양 전지, 그리고 서로 다른 밴드갭 에너지(bandgap energy)를 갖는 태양 전지를 둘 이상 적층한 적층형(tandem) 태양 전지 등으로 구별될 수 있다.

이 중 화합물 반도체 태양 전지는, 태양광을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광흡수층에 화합물 반도체를 사용하는데, 특히 GaAs, InP, GaAlAs, GaInAs 등의 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체, CdS, CdTe, ZnS 등의 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체, CuInSe₂로 대표되는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물 반도체 등을 사용할 수 있다.

태양 전지의 광흡수층은, 장기적인 전기, 광학적 안정성이 우수하고, 광전 변환 효율이 높으며, 조성의 변화나 도핑에 의해 밴드갭 에너지나 도전형을 조절하기가 용이할 것 등이 요구된다. 또한, 실용화를 위해서는 제조 비용이나 수율 등의 요건도 만족해야 한다. 그러나, 종래의 여러 화합물 반도체들은 이러한 요건들을 모두 함께 만족시키지는 못하고 있다.

또한, 열전 변환 소자는 열전 변환 발전이나 열전 변환 냉각 등에 적용될 수 있는데, 일반적으로는 N 타입 열전 반도체와 P 타입 열전 반도체가 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결되는 방식으로 구성된다. 이 중 열전 변환 발전은, 열전 변환 소자에 온도차를 둠으로써 발생하는 열기전력을 이용하여, 열 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전 형태이다. 그리고, 열전 변환 냉각은, 열전 변환 소자의 양단에 직류 전류를 흘렸을 때, 양단에서 온도 차가 발생하는 효과를 이용하여, 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는 냉각 형태이다.

이러한 열전 변환 소자의 에너지 변환 효율은 대체로 열전 변환 재료의 성능 지수 값인 ZT에 의존한다고 할 수 있다. 여기서, ZT는 제벡(Seebeck) 계수, 전기 전도도 및 열 전도도 등에 따라 결정될 수 있는데, ZT값이 높을수록 성능이 우수한 열전 변환 재료라고 할 수 있다.

지금까지 많은 열전 변환 재료가 제안되고 있지만, 열전 변환 성능이 높은 열전 변환 재료가 충분히 마련되어 있다고는 볼 수 없는 실정이다. 특히, 최근에는 열전 변환 재료에 대한 적용 분야는 점차 확장되어 가고 있으며, 적용 분야마다 온도 조건이 달라질 수 있다. 그런데, 열전 변환 재료는 온도에 따라 열전 변환 성능이 달라질 수 있으므로, 각각의 열전 변환 재료는 해당 열전 변환 재료가 적용된 분야에서 열전 변환 성능이 최적화될 필요가 있다. 하지만, 아직까지, 다양한 온도 범위에서 최적화된 성능을 갖는 열전 변환 재료가 제대로 마련되어 있다고는 볼 수 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 열전 변환 소자의 열전 변환 재료, 태양 전지 등과 같이 다양한 용도로 활용될 수 있고 열전 변환 성능이 우수한 화합물 반도체 물질과 그 제조 방법, 그리고 이를 이용한 열전 변환 소자나 태양 전지 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는 화합물 반도체에 관한 거듭된 연구 끝에 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 반도체를 합성하는데 성공하고, 이 화합물이 열전 변환 소자의 열전 변환 재료나 태양 전지의 광 흡수층 등에 사용될 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

<화학식 1>

[Bi_1-xM_xCu_u-wT_wO_a-yQ1_yTe_bSe_z]A_c

상기 화학식 1에서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0<w≤1, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤b<1.5, 0≤z<1.5 및 0<c<0.2이다.

바람직하게는, 상기 화학식 1의 c는, 0<c<0.05이다.

또한 바람직하게는, 상기 A는, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이다.

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1의 x, y 및 z는, 각각 x=0, y=0 및 z=0이다.

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1은, [BiCuOTe]A_c로 표시된다.

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1의 w, y, b 및 z는, 각각 w=0, y=0, b=0 및 z=1이다.

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1은, [Bi₁ _- _xM_xCuOSe]A_c로 표시된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 반도체는, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 화합물에 A 입자가 불규칙적으로 분포된 화합물 반도체이며, 여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0<w≤1, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤b<1.5 및 0≤z<1.5이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법은, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료를 준비하는 단계; 상기 준비된 재료에, A를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료의 준비 단계는, Bi₂O₃, Bi, Cu 및 T의 각 분말을 혼합하고, 선택적으로 M, Q1, Te 및 Se로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 분말을 더 혼합한 후, 열처리함으로써 수행된다.

또한 바람직하게는, 상기 혼합물 형성 단계는, A를 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 20 mol% 이하로 첨가한다.

또한 바람직하게는, 상기 혼합물 형성 단계는, A를 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 5 mol% 이하로 첨가한다.

또한 바람직하게는, 상기 혼합물 형성 단계는, 입도가 5 nm 내지 100 um인 A를 첨가한다.

또한 바람직하게는, 상기 혼합물 소결 단계는, 방전 플라즈마 소결 방식 또는 핫 프레스 방식에 의해 수행된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법은, Bi₂O₃, Bi, Cu, T 및 A의 각 분말을 혼합하고, 선택적으로 M, Q1, Te 및 Se 중 하나 이상의 분말을 더 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 소결하는 단계를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 상술한 화합물 반도체를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양 전지는, 상술한 화합물 반도체를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 벌크형 열전 재료는, 상술한 화합물 반도체를 포함한다.

본 발명에 의하면, 열전 변환 소자나 태양 전지 등으로 이용될 수 있는 화합물 반도체 물질이 제공된다.

특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 종래의 화합물 반도체를 대체하거나 종래의 화합물 반도체에 더하여 또 다른 하나의 소재로서 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 화합물 반도체가 열전 변환 소자의 열전 변환 재료로서 이용될 수 있다. 이 경우, 높은 ZT값이 확보되어, 우수한 열전 변환 성능을 갖는 열전 변환 소자가 제조될 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의하면, 100℃ 내지 600℃의 범위에서 높은 ZT값을 갖는 열전 변환 재료가 제공될 수 있으므로, 중고온용 열전 변환 소자에 보다 적합하게 적용될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, P 타입 열전 변환 재료로 이용될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 화합물 반도체가 태양 전지에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 태양 전지의 광흡수층으로 이용될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 화합물 반도체가 적외선을 선택적으로 통과시키는 적외선 윈도우(IR window)나 적외선 센서, 마그네틱 소자, 메모리 등에도 이용될 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 비교예 1의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 전기 전도도 값을 도시한 그래프이다.
도 4는, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 비교예 1의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 제벡 계수 값을 도시한 그래프이다.
도 5는, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 비교예 1의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 파워팩터 값을 도시한 그래프이다.
도 6은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 비교예 1의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 열 전도도 값을 도시한 그래프이다.
도 7은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 비교예 1의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 ZT 값을 도시한 그래프이다.
도 8은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 전기 전도도 값을 도시한 그래프이다.
도 9는, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 제벡 계수 값을 도시한 그래프이다.
도 10은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 파워팩터 값을 도시한 그래프이다.
도 11은, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 열 전도도 값을 도시한 그래프이다.
도 12는, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2 내지 4 및 비교예 2의 화합물 반도체의 온도 변화에 따른 ZT 값을 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은, 다음과 같은 화학식 1로 표시되는 신규한 화합물 반도체를 제공한다.

<화학식 1>

[Bi_1-xM_xCu_u-wT_wO_a-yQ1_yTe_bSe_z]A_c

바람직하게는, 상기 화학식 1의 A는, [Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z] 매트릭스 내에 위치할 때 상과 형태가 열역학적으로 안정하고, 매트릭스의 격자 열전도도를 낮추며, 매트릭스 보다 높은 전기전도도를 가지는 전이금속 및/또는 전이금속-6족 화합물을 포함할 수 있다. 또는, 상기 화학식 1의 A는 [Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z] 매트릭스 내에 이와 같은 특징을 가지는 전이금속-6족 화합물 생성을 유도할 수 있는 전이금속들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 화학식 1의 A는 Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 입자를 포함한다.

바람직하게는, 상기 화학식 1의 c는 0<c<0.05이다.

특히, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 물질 이외에, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 등을 포함하는 전이금속 및 전이금속-6족원소 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상의 물질이 더 첨가되어 있다. 그리고, 이러한 구성으로 인해, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 열전 변환 성능이 우수한 열전 변환 재료로서 이용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서, x=0, y=0, z=0일 수 있다. 이 경우, 화학식 1은 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.

[BiCu_u _- _wT_wO_aTe_b]A_c

더욱 바람직하게는, 상기 화학식에서, u=1, w=0, a=1, b=1일 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1은 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.

[BiCuOTe]A_c

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1에서, w, y, b 및 z는, 각각 w=0, y=0, b=0 및 z=1일 수 있다. 이 경우, 화학식 1은 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.

[Bi₁ _- _xM_xCu_uO_aSe]A_c

더욱 바람직하게는, 상기 화학식에서, u=1, a=1일 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1은 다음과 같은 화학식으로 표시될 수 있다.

[Bi₁ _- _xM_xCuOSe]A_c

또한 바람직하게는, 상기 화학식 1에서 0.5≤u-w≤1.5일 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 화합물 반도체는, BiCuOTe계 재료 또는 BiCuOSe계 재료에, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe등의 전이금속 혹은 전이금속-6족 화합물 중 하나 이상의 입자가 포함된 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 구성적 특징으로 인해, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 포논 산란을 일으키는 매트릭스와 입자 간의 계면이 존재하기 때문에 BiCuOTe 또는 Bi_1-xM_xCuOSe만으로 이루어진 화합물 반도체에 비해 낮은 열 전도도값을 가질 수 있다. 그리고 동시에 전이금속 혹은 전이금속-6족 화합물 입자들은 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _-yQ1_yTe_bSe_z 매트릭스 내에 전하를 소개하여 높은 전기 전도도를 가질 수 있다. 또한, 매트릭스와 입자 간의 계면에서는 에너지 밴드갭과 페르미에너지 차이에서 기인하는 캐리어 필터링 효과 (carrier filtering effect)가 생성되어 화합물 반도체의 제벡 계수 특성이 향상될 수 있다. 본 발명에 따른 화합물 반도체는 상기에서 언급한 효과들의 복합적인 영향으로 인해 높은 ZT값을 가질 수 있으며, 열전 변환 성능이 효과적으로 개선될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, A로서 Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 이외에 도핑된 Bi₂Te₃와 Cu₂Se를 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 화합물에 A 입자가 불규칙적으로 분포된 화합물 반도체이다.

여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물, 이를테면 Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0<w≤1, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤b<1.5 및 0≤z<1.5이다.

한편, A 입자가 불규칙적으로 분포되어 있다는 것은, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _-yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 물질에 포함된 A 입자 사이의 거리가 일정하지 않다는 것을 의미한다.

바람직하게는, 상기 A 입자는, 5 nm 내지 100 um의 입도 사이즈를 가질 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물 반도체를 제조하는 방법은, 화학식 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료를 준비하는 단계(S110), 상기 준비된 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료에, A를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계(S120); 및 상기 혼합물을 소결하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 S110 단계는, Bi₂O₃, Bi, Cu 및 T(전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소)의 각 분말을 혼합하고, 선택적으로 M(Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소 또는 그 산화물), Q1(S, Se, As 및 Sb 중 하나 이상), Te 및 Se 중 하나 이상으로 된 분말을 더 혼합한 후, 열처리하는 방식으로 수행될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 S120 단계에서 첨가되는 A는, [Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _-yQ1_yTe_bSe_z] 매트릭스 내에 위치할 때 상과 형태가 열역학적으로 안정하고, 매트릭스의 격자 열전도도를 낮추며, 매트릭스 보다 높은 전기전도도를 가지는 전이금속 및/또는 전이금속-6족 화합물을 포함할 수 있다. 또는, 상기 S120 단계에서 첨가되는 A는 [Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z] 매트릭스 내에 이와 같은 특징을 가지는 전이금속-6족 화합물 생성을 유도할 수 있는 전이금속들을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 S120 단계는, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 중 하나 이상을, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 20 mol% 이하로 첨가할 수 있다. Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe는 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z에 이러한 범위로 첨가될 때, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 열전 변환 성능은 더욱 향상될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 S120 단계는, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 중 하나 이상을, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 5 mol% 이하로 첨가할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 S120 단계는, 첨가되는 Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 등의 초기 입도 사이즈가 5 nm 내지 100 um인 것이 좋다. A로 첨가되는 입자의 입도 사이즈가 5nm 크기에 가까워질수록 열전도도 저하 대비 전기전도도 저하 효과가 작기 때문에 본 발명에 따른 화합물 반도체의 열전 성능 향상에 유리할 수 있다. 반면, 첨가 입자의 입도 사이즈가 클수록 입자의 결정상과 그 형태가 안정적이기 때문에 화합물 반도체의 성능 향상 및 제어에 유리할 수 있다. 이러한 점을 종합하여 볼 때, 최적의 성능을 가지는 화합물 반도체를 제조하기 위해서는 [Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z]A_c의조성에 따라 첨가 입자의 입도 사이즈가 상기의 범위 내에서 선택되는 것이 좋다.

한편, 상기 S120 단계에서, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z와 A(Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe)의 혼합은, 몰타르(mortar)를 이용한 핸드 밀링(hand milling), 볼 밀링(ball milling), 유성 볼밀(planetary ball mill) 등의 방식으로 수행될 수 있으나, 본 발명이 이러한 구체적인 혼합 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.

또한 바람직하게는, 상기 S130 단계는, 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering; SPS) 방식이나 핫 프레스(Hot Press; HP) 방식에 의해 수행될 수 있다. 동일한 조성의 열전 재료라 할지라도, 소결 방식에 따라 열전 성능에 차이가 있을 수 있는데, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 경우, 이러한 가압 소결 방식에 의해 소결될 때, 열전 성능이 보다 향상될 수 있다.

상기 가압 소결 단계(S130)는, 30 MPa 내지 200 MPa의 압력 조건 하에서 수행되는 것이 좋다. 또한, 상기 가압 소결 단계(S130)는, 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도 조건 하에서 수행되는 것이 좋다. 그리고, 상기 가압 소결 단계(S130)는, 상기 압력 및 온도 조건 하에서 1 분 내지 12 시간 동안 수행될 수 있다.

화합물 반도체의 경우, 제조 방법에 따라 열전 성능에 차이가 있을 수 있는데, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 상술한 화합물 반도체 제조 방법에 의해 제조되는 것이 좋다. 이 경우, 화합물 반도체에 대하여 높은 ZT값을 확보할 수 있으며, 특히 100℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 높은 ZT값을 확보하는데 유리해질 수 있다.

다만, 본 발명이 반드시 이러한 제조 방법으로 한정되는 것은 아니며, 다른 제조 방법에 의해 상기 화학식 1의 화합물 반도체가 제조될 수 있다.

도 2는, 본 발명의 다른 측면에 따른 화합물 반도체 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 화합물 반도체를 제조하는 방법은, Bi₂O₃, Bi, Cu, T(전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소) 및 A(전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상)의 각 분말을 혼합하는 단계(S210) 및 상기 혼합물을 소결하는 단계(S220)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 S210 단계에서는, M(Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소 또는 그 산화물), Q1(S, Se, As 및 Sb 로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소), Te 및 Se 중 하나 이상의 분말을 더 혼합하여 혼합물을 형성할 수 있다.

본 발명의 이러한 측면에 따른 제조 방법은, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 소결체를 제조한 후 여기에 A(Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe 등)를 첨가하여 혼합하고 이를 소결하는 형태로 제조되는 것이 아니라, Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z를 구성하는 원료 자체와 A를 혼합한 후 이러한 혼합물을 소결하는 형태로 제조된다. 즉, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 제조 공정 중 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 소결체가 별도로 준비되는 단계가 포함되지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 상술한 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 열전 변환 소자의 열전 변환 재료로 이용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열전 변환 소자는, 상술한 화합물 반도체를 P 타입 열전 재료로서 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 화합물 반도체는 열전 변환 재료의 성능 지수값인 ZT가 크다. 또한, 제벡 계수 및 전기 전도도가 크고, 열 전도도가 낮아 열전 변환 성능이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 종래의 열전 변환 재료를 대체하거나 종래의 화합물 반도체에 더하여 열전 변환 소자에 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는, 벌크형 열전 변환 재료에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 벌크 열전 재료는 상술한 화합물 반도체를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 태양 전지는, 상술한 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 태양 전지, 특히 태양 전지의 광 흡수층으로 이용될 수 있다.

태양 전지는, 태양광이 입사되는 쪽에서부터 순차적으로, 전면 투명 전극, 버퍼층, 광 흡수층, 배면 전극 및 기판 등이 적층된 구조로 제조할 수 있다. 가장 아래에 위치하는 기판은 유리로 이루어질 수 있으며, 그 위에 전면적으로 형성되는 배면 전극은 Mo 등의 금속을 증착함으로써 형성될 수 있다.

이어서, 배면 전극 상부에 본 발명에 따른 화합물 반도체를 전자빔 증착법, 졸-겔(sol-gel)법, PLD(Pulsed Laser Deposition) 등의 방법으로 적층함으로써 상기 광 흡수층을 형성할 수 있다. 이러한 광 흡수층의 상부에는, 전면 투명 전극으로 사용되는 ZnO층과 광 흡수층 간의 격자 상수 차이 및 밴드갭 차이를 완충하는 버퍼층이 존재할 수 있는데, 이러한 버퍼층은 CdS 등의 재료를 CBD(Chemical Bath Deposition) 등의 방법으로 증착함으로써 형성될 수 있다. 다음으로, 버퍼층 위에 ZnO나 ZnO 및 ITO의 적층막으로 전면 투명 전극이 스퍼터링 등의 방법으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 태양 전지는 다양한 변형이 가능할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 화합물 반도체를 광 흡수층으로 사용한 태양 전지를 적층한 적층형 태양 전지를 제조할 수 있다. 그리고, 이와 같이 적층된 다른 태양 전지는 실리콘이나 다른 알려진 화합물 반도체를 이용한 태양 전지를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 화합물 반도체의 밴드 갭을 변화시킴으로써 서로 다른 밴드갭을 가지는 화합물 반도체를 광 흡수층으로 사용하는 복수의 태양 전지를 적층할 수도 있다. 본 발명에 따른 화합물 반도체의 밴드 갭은 이 화합물을 이루는 구성 원소, 이를테면 Te의 조성비를 변화시킴으로써 조절이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화합물 반도체는 적외선을 선택적으로 통과시키는 적외선 윈도우(IR window)나 적외선 센서 등에도 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

비교예 1

BiCuOTe의 합성을 위해, Bi₂O₃(Aldrich, 99.9%, 10um) 21.7g, Bi(5N+, 99.999%, shot) 9.7g, Cu(Aldrich, 99.7%, 3um) 8.9g, Te(5N+, 99.999%, shot) 17.8g을 아게이트 몰타르(agate mortar)를 이용하여 잘 혼합하였다. 혼합된 재료는 실리카 튜브(silica tube)에 넣고 진공 밀봉하여, 500℃에서 12시간 동안 가열함으로써 BiCuOTe 분말을 얻었다. 열처리된 시료의 x-선 회절 패턴을 분석한 결과, 본 비교예에 의해 얻어진 물질이 BiCuOTe임이 동정되었다.

비교예 2

Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe의 합성을 위해, Bi₂O₃(Aldrich, 99.9%, 10μm) 2.589g, Bi(5N+, 99.999%, shot) 0.987g, Pb(Alfa Aesar, 99.9%, 200mesh) 0.173g, Cu(Aldrich, 99.7 %, 3μm) 1.059g, Se(5N+, 99.999%, shot) 1.316g을 아게이트 몰타르(agate mortar)를 이용하여 잘 혼합하였다. 혼합된 재료는 실리카 튜브(silica tube)에 넣고 진공 밀봉하여, 600℃에서 12시간 동안 가열함으로써 Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe 분말을 얻었다.

실시예 1

상기 비교예 1과 동일한 방법으로 BiCuOTe를 합성하였다. 그리고 나서, [BiCuOTe][Ag_0.01]의 조성에 맞게 각각의 분말을 칭량하여 12시간 동안 습식 ZrO₂ 볼 밀링을 실시하여 혼합물을 제조하였다. 사용된 Ag 입자의 입도 사이즈는 100nm이다.

실시예 2 및 3

상기 비교예 2와 동일한 방법으로 Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe를 합성하였다. 그리고 나서, [Bi_0.95Pb_0.05CuOSe][Ag_0.02]의 조성에 맞게 각각의 분말을 칭량하여 12시간 동안 습식 ZrO₂ 볼 밀링을 실시하여 혼합물을 제조하였다. 실시예 2와 실시예 3은 조성은 동일하지만, 각각 20 nm와 45 um의 상이한 입도사이즈를 갖는 Ag를 사용하였다.

실시예 4

상기 비교예 2와 동일한 방법으로 Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe를 합성하였다. 그리고 나서, [Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe][Co₀ _.03]의 조성에 맞게 각각의 분말을 칭량하여 12시간 동안 습식 ZrO₂ 볼 밀링을 실시하여 혼합물을 제조하였다. 이때, 사용된 Co 입자의 입도사이즈는 30 um이다.

전술한 방법으로 합성한 비교예와 실시예의 각 시료들 중 일부를 각각 직경 12mm의 흑연 몰드에 장약한 후, SPS를 사용하여 50MPa의 압력으로 가압하였다. 그리고, 비교예 1과 실시예 1은 500℃, 비교예 2와 실시예 2 내지 4는 600℃에서 5분 동안 소결을 실시하였다.

다음으로, 이와 같이 소결한 각 시료들에 대하여, ZEM-3(Ulvac-Rico, Inc)를 사용하여 소정 온도 간격으로 전기 전도도(Electrical Conductivity)와 제벡 계수(Seebeck coefficient)를 측정하여 파워 팩터(Power Factor; PF)를 계산하고 그 결과를 도 3 내지 5 및 도 8 내지 10에 나타내었다. 또한, LFA457(Netch)을 사용하여 각 시료의 열전도도(Thermal Conductivity)를 측정하고 그 결과를 도 6 및 도 11에 나타내었다. 그리고 나서, 얻어진 측정값들을 통해 각 시료의 열전성능지수 ZT값을 확인하여 그 결과를 도 7 및 도 12에 나타내었다. 즉, 도 3 내지 7에는 비교예 1과 실시예 1에 대한 측정 및 확인 결과를 나타내고, 도 8 내지 12에는 비교예 2와 실시예 2 내지 4에 대한 측정 및 확인 결과를 나타내었다.

먼저, 도 3 내지 7을 참조하면, 비교예 1(BiCuOTe)에 비해 실시예 1([BiCuOTe][Ag_0.01])의 전기전도도와 제벡 계수가 온도 범위에 따라 비슷하거나 향상되었으며, 열전도도는 모든 측정 온도 영역에서 저하되었을 알 수 있다. 그리고, 이를 통해 본 발명에 따른 실시예 1의 화합물 반도체의 ZT값이 현저히 향상됨을 알 수 있다.

다음으로, 도 8 내지 12를 참조하면, 비교예 2(Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe)에 비해 실시예 2 내지 4([Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe][Ag₀ _.02], [Bi₀ _.95Pb₀ _.05CuOSe][Co₀ _.03])의 화합물 반도체들의 전기전도도가 현저하게 향상되었으며, 반면에 제벡 계수는 크게 저하되었음을 알 수 있다. 특히, 실시예 2와 3의 화합물 반도체들은 200℃ 이상의 온도에서 PF가 현저하게 향상되었으며, 실시예 4의 화합물 반도체는 모든 측정 온도 영역에서 PF 향상이 확인되었다. 또한, 실시예 2 내지 4의 화합물 반도체들의 열전도도는 모든 측정 온도 영역에서 비교예 2의 화합물 반도체에 비해 크게 저하되었음을 알 수 있다. 그리고, 이를 통해 본 발명의 실시예 2 내지 4에 따른 화합물 반도체들의 ZT값은 비교예 2의 화합물 반도체의 ZT값보다 현저하게 향상됨을 알 수 있다.

그러므로, 이러한 결과를 종합하여 볼 때, 본 발명에 따른 화합물 반도체의 열전 변환 성능이 종래의 화합물 반도체에 비해 여러 측면에서 우수함을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 화합물 반도체.
<화학식 1>
[Bi_1-xM_xCu_u-wT_wO_a-yQ1_yTe_bSe_z]A_c
상기 화학식 1에서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0≤w≤1, 0≤u-w, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤a-y, 0≤b<1.5, 0≤z<1.5 및 0<c<0.2이다.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 c는, 0<c<0.05인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
제1항에 있어서,
상기 A는, Ag, Co, Ni, Zn, Au, Pd, Pt, Ag₂Te, CuTe, Cu₂Se, Bi₂Te₃ 및 CuAgSe로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 x, y 및 z는, 각각 x=0, y=0 및 z=0인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1의 w, y, b 및 z는, 각각 w=0, y=0, b=0 및 z=1인 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1은, [Bi₁ _- _xM_xCuOSe]A_c로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체.
Bi_1-xM_xCu_u-wT_wO_a-yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 화합물에 A 입자가 불규칙적으로 분포된 화합물 반도체.
여기서, M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Cs, K, Na, Cd, Hg, Sn, Pb, Mn, Ga, In, Tl, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이고, Q1은 S, Se, As 및 Sb로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 원소이며, T는 전이금속원소 중 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 원소이고, A는 전이금속원소 및 전이금속원소와 6족원소 간의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상이고, 0≤x<1, 0.5≤u≤1.5, 0≤w≤1, 0≤u-w, 0.2<a<1.5, 0≤y<1.5, 0≤a-y, 0≤b<1.5 및 0≤z<1.5이다.
Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료를 준비하는 단계;
상기 준비된 재료에, A를 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 혼합물을 소결하는 단계
를 포함하는 제1항의 화합물 반도체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z로 표시되는 재료 준비 단계는, Bi₂O₃, Bi, Cu 및 T의 각 분말을 혼합하고, 선택적으로 M, Q1, Te 및 Se 중 하나 이상의 분말을 더 혼합한 후, 열처리함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합물 형성 단계는, A를 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 20 mol% 이하로 첨가하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합물 형성 단계는, A를 Bi₁ _- _xM_xCu_u _- _wT_wO_a _- _yQ1_yTe_bSe_z 대비 5 mol% 이하로 첨가하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합물 형성 단계는, 입도가 5nm 내지 100um인 A를 첨가하는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합물 소결 단계는, 가압 소결 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 제조 방법.
Bi₂O₃, Bi, Cu, T 및 A의 각 분말을 혼합하고, 선택적으로 M, Q1, Te 및 Se 중 하나 이상의 분말을 더 혼합하는 단계; 및
상기 혼합물을 소결하는 단계
를 포함하는 제1항의 화합물 반도체의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 열전 변환 소자.
제15항에 있어서,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 p타입 열전 변환 재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 변환 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 태양 전지.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화합물 반도체를 포함하는 벌크 열전 재료.