Ultralow Lattice Thermal Conductivity and Superhigh Thermoelectric Figure‐of‐Merit in (Mg, Bi) Co‐Doped GeTe

材料科学 掺杂剂 兴奋剂 热电效应 热电材料 热导率 有效质量(弹簧-质量系统) 凝聚态物理 功勋 分析化学(期刊) 纳米技术 光电子学 热力学 复合材料 物理 化学 量子力学 色谱法
作者
Tong Xing,Chenxi Zhu,Qingfeng Song,Hui Huang,Jie Xiao,Dudi Ren,Moji Shi,Pengfei Qiu,Xun Shi,Fangfang Xu,Lidong Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (17): e2008773-e2008773 被引量:226
标识
DOI:10.1002/adma.202008773
摘要

Abstract High‐efficiency thermoelectric (TE) technology is determined by the performance of TE materials. Doping is a routine approach in TEs to achieve optimized electrical properties and lowered thermal conductivity. However, how to choose appropriate dopants with desirable solution content to realize high TE figure‐of‐merit ( zT ) is very tough work. In this study, via the use of large mass and strain field fluctuations as indicators for low lattice thermal conductivity, the combination of (Mg, Bi) in GeTe is screened as very effective dopants for potentially high zT s. In experiments, a series of (Mg, Bi) co‐doped GeTe compounds are prepared and the electrical and thermal transport properties are systematically investigated. Ultralow lattice thermal conductivity, about 0.3 W m −1 K −1 at 600 K, is obtained in Ge 0.9 Mg 0.04 Bi 0.06 Te due to the introduced large mass and strain field fluctuations by (Mg, Bi) co‐doping. In addition, (Mg, Bi) co‐doping can introduce extra electrons for optimal carrier concentration and diminish the energy offset at the top of the valence band for high density‐of‐states effective mass. Via these synthetic effects, a superhigh zT of ≈2.5 at 700 K is achieved for Ge 0.9 Mg 0.04 Bi 0.06 Te. This study sheds light on the rational design of effective dopants in other TE materials.
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