Thermoelectric characteristics of X$$_2$$YH$$_2$$ monolayers (X=Si, Ge; Y=P, As, Sb, Bi): a first-principles study

热电效应 物理 单层 凝聚态物理 材料科学 热力学 纳米技术
作者
Mohammad Ali Mohebpour,Shobair Mohammadi Mozvashi,Sahar Izadi Vishkayi,Meysam Bagheri Tagani
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 23840-23840 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41598-021-03280-1
摘要

Ever since global warming emerged as a serious issue, the development of promising thermoelectric materials has been one of the main hot topics of material science. In this work, we provide an in-depth understanding of the thermoelectric properties of X[Formula: see text]YH[Formula: see text] monolayers (X=Si, Ge; Y=P, As, Sb, Bi) using the density functional theory combined with the Boltzmann transport equation. The results indicate that the monolayers have very low lattice thermal conductivities in the range of 0.09-0.27 Wm[Formula: see text]K[Formula: see text] at room temperature, which are correlated with the atomic masses of primitive cells. Ge[Formula: see text]PH[Formula: see text] and Si[Formula: see text]SbH[Formula: see text] possess the highest mobilities for hole (1894 cm[Formula: see text]V[Formula: see text]s[Formula: see text]) and electron (1629 cm[Formula: see text]V[Formula: see text]s[Formula: see text]), respectively. Si[Formula: see text]BiH[Formula: see text] shows the largest room-temperature figure of merit, [Formula: see text] in the n-type doping ( [Formula: see text] cm[Formula: see text]), which is predicted to reach 3.49 at 800 K. Additionally, Si[Formula: see text]SbH[Formula: see text] and Si[Formula: see text]AsH[Formula: see text] are found to have considerable ZT values above 2 at room temperature. Our findings suggest that the mentioned monolayers are more efficient than the traditional thermoelectric materials such as Bi[Formula: see text]Te[Formula: see text] and stimulate experimental efforts for novel syntheses and applications.
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