Abwärme entsteht in der heutigen Zeit an vielen Stellen, sei es bei der Umwandlung von primären Energieträgern zu sekundären Energieträgern oder bei der Verwendung von sekundären Energieträgern in technischen Prozessen. Beispiele für solche Prozesse gibt es unter anderem in der Industrie und im Transportwesen. Bei den industriellen Prozessen sind vor allem die energieintensiven Prozesse wie Stahlherstellung oder das Herstellen von Keramiken zu nennen. Im Transportwesen entsteht Abwärme hauptsächlich bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen in den verschiedenen Motoren. Mit Hilfe von thermoelektrischen Effekten ist es möglich, diese anfallende Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln und somit nutzbar zu machen. Der Wirkungsgrad von thermoelektrischen Generatoren hängt maßgeblich von den verwendeten Materialien ab. Ein Maß für die Eignung eines Materials zur thermoelektrischen Anwendung ist der Gütefaktor ZT. ZT=(sigma S^2 T)/kappa,wobei sigma die elektrische Leitfähigkeit ist, S der Seebeck Koeffizient ist, T die Temperatur und kappa die thermische Leitfähigkeit ist. Eine Erhöhung des Gütefaktors ZT bedeutet auch eine Erhöhung des Wirkungsgrades.In dieser Arbeit werden zwei übliche Strategien untersucht, die zu einer Erhöhung des Gütefaktors führen können. Eine Strategie ist das Energiefiltern an Korngrenzen. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine elektrostatische Barriere an den Korngrenzen den Elektronentransport derart beeinflusst, dass es zu einer Erhöhung des Powerfaktors (sigma S^2) kommt. In dieser Arbeit wird zur Beschreibung der Korngrenze das Modell der doppel-Schottky-Barriere benutzt und der Elektronentransport für einen typischen Halbleiter im Landauer-Modell berechnet. Eine Erhöhung des Powerfaktors konnte hierbei aber nicht beobachtet werden. Eine weitere Möglichkeit den Gütefaktor zu erhöhen führt über die thermische Leitfähigkeit. Für Halbleiter wird die thermische Leitfähigkeit typischerweise vom Gitteranteil dominiert. Kann man den Gitteranteil reduzieren, erhöht sich somit der Gütefaktor. In dieser Arbeit werden an verschiedenen Materialsystemen mehrere Möglichkeiten untersucht, den Gitteranteil zu reduzieren. Es werden der phononische Grenzflächenwiderstand zwischen ZnO und ZnS im sogenannten diffuse missmatch modell berechnet. Aus dem Grenzflächenwiderstand kann dann die spezifische Wärmeleitfähigkeit von ZnO/ZnS-Schichtsystemen in Abhängigkeit der Grenzflächendichte berechnet werden. Es kann gezeigt werden, dass die spezifische Wärmeleitfähigkeit in einem ZnO/ZnS-Schichtsystem im Vergleich zu den reinen Materialen ZnO und ZnS drastisch reduziert ist. Eine weitere Möglichkeit, die spezifische Wärmeleitfähigkeit durch eine Kombination der Materialsysteme ZnO und ZnS zu reduzieren, bietet das Zinkoxisulfid ZnO(x)S(1-x). In dieser Arbeit werden daher Phononenstreuung in ZnO an Schwefelatomen und Phononenstreuung in ZnS an Sauerstoffatomen berechnet. Die Ergebnisse dieser Berechnungen zeigen, dass es zu einer starken Phononenstreuung an den entsprechenden Fremdatomen kommt, wobei die hochenergetischen Phononen stärker gestreut werden als die niederenergetischen Phononen. Zusätzlich zu dem Phononentransport in ZnO/ZnS wird auch der Phononentransport in Si-Isotopen-Multischichtsystemen untersucht. Dabei werden zwei prinzipiell verschiedene Systeme modelliert. Ein System besteht aus periodisch angeordneten Isotopenschichten gleicher Schichtdicke, während das andere System aus Isotopenschichten mit jeweils zufälliger Schichtdicke besteht. Berechnet wird der Wärmewiderstand in Abhängigkeit der Anzahl an Schichten. In der periodischen Anordnung steigt der Wärmewiderstand mit der Anzahl der Schichten bis zu einer Anzahl von 16 an. Erhöht man darüber hinaus die Anzahl der Schichten, bleibt der Wärmewiderstand konstant. Eine solche Sättigung wird bei der zufälligen Anordnung nicht beobachtet. Hier steigt der Wärmewiderstand mit der Anzahl der Schichten immer weiter an.Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Phononentransport durch Nanostrukturierung für thermoelektrische Anwendungen günstig beeinflusst werden kann. Ein positiver Effekt durch das Energiefiltern für den Elektronentransport kann allerdings nicht bestätigt werden.
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