Improving Thermoelectric Performance of α‐MgAgSb by Theoretical Band Engineering Design

材料科学 热电效应 碲化铋 热电材料 工程物理 能量转换效率 凝聚态物理 电子能带结构 兴奋剂 掺杂剂 塞贝克系数 热电发电机 功率因数 光电子学 热力学 功率(物理) 物理
作者
Xiaojian Tan,Ling Wang,Hezhu Shao,Song Yue,Jingtao Xu,Guoqiang Liu,Haochuan Jiang,Jun Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (18) 被引量:73
标识
DOI:10.1002/aenm.201700076
摘要

α‐MgAgSb is recently discovered to be a new class of thermoelectric material near room temperature. A competitive ZT of 1.4 at 525 K is achieved in Ni‐doped α‐MgAgSb, and the measured efficiency of energy conversion reaches a record value of 8.5%, which is even higher than that of the commercially applied material bismuth telluride. On the other hand, the band structure of α‐MgAgSb is believed to be unprofitable to the power factor, owing to the less degenerate valence valleys. Here, this paper reports a systematic theoretical study on the thermoelectric properties by using the electron/phonon structure and transport calculations. Based on the careful analysis of Fermi surface, a principled scheme is presented to design band engineering in α‐MgAgSb. Following the given rules, several effective dopants are predicted. As two examples, Zn‐ and Pd‐doped α‐MgAgSb are numerically confirmed to exhibit an extraordinary ZT value of 2.0 at 575 K and a high conversion efficiency of 12.6%, owing to the effects of band convergence. This work develops an applicable scheme for the purposive design of band engineering, and the idea can be simply applied to more thermoelectric materials.
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