Термоэлектрические свойства твердых растворов с катионным и анионным замещением на основе слоистого тетрадимитоподобного соединения GeSnSb$_{4}$Te$_{8}$

Термоэлектрические свойства четвертного соединения GeSnSb$_{4}$Te$_{8}$ и твердых растворов GeSnSb$_{4-x}$Bi$_{x}$Te$_{8-y}$Se$_{y}$ исследованы в широком интервале температур 300–600 K. Замещение атомов Sb атомами Bi и атомов Te атомами Se в твердых растворах приводит к росту коэффициента термоэдс и уменьшению решеточной составляющей теплопроводности по сравнению с соответствующими характеристиками GeSnSb$_{4}$Te$_{8}$. Более низкие значения решеточной теплопроводности в сплавах с $x$ = 0.6, $y$ = 0.4 по сравнению c GeSnSb$_{4}$Te$_{8}$ связаны с искажениями из-за различия атомных масс и размеров атомов Sb и Bi, а также Te и Se. Показано, что с увеличением количества атомов, участвующих в замещениях в обеих подрешетках при образовании твердого раствора, максимум температурной зависимости термоэдс и минимум температурной зависимости теплопроводности сдвигаются в область более высоких температур, что обусловлено увеличением ширины запрещенной зоны. При увеличении содержания Bi и Se в твердых растворах уменьшается решеточная теплопроводность и соответственно увеличивается термоэлектрическая эффективность. Термоэлектрическая эффективность образца GeSnSb$_{4-x}$Bi$_{x}$Te$_{8-y}$Se$_{y}$ ($x$ = 0.6, $y$=0.4) имеет максимальное значение $Z$ = 3.34$\cdot$10$^{-3}$ K$^{-1}$ при 300 K.