Synergetic Enhancement of Thermoelectric Performance by Selective Charge Anderson Localization–Delocalization Transition in n-Type Bi-Doped PbTe/Ag2Te Nanocomposite

材料科学 热电效应 塞贝克系数 凝聚态物理 热电材料 离域电子 声子散射 带隙 功勋 声子 兴奋剂 纳米技术 热导率 光电子学 复合材料 物理 热力学 量子力学
作者
Min Ho Lee,Jae Hyun Yun,Gareoung Kim,Ji Eun Lee,Su-Dong Park,Heiko Reith,Gabi Schierning,Konelius Nielsch,Wonhee Ko,An‐Ping Li,Jong‐Soo Rhyee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (4): 3806-3815 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b08579
摘要

Considerable efforts have been devoted to enhancing thermoelectric performance, by employing phonon scattering from nanostructural architecture, and material design using phonon-glass and electron-crystal concepts. The nanostructural approach helps to lower thermal conductivity but has limited effect on the power factor. Here, we demonstrate selective charge Anderson localization as a route to maximize the Seebeck coefficient while simultaneously preserving high electrical conductivity and lowering the lattice thermal conductivity. We confirm the viability of interface potential modification in an n-type Bi-doped PbTe/Ag2Te nanocomposite and the resulting enhancement in thermoelectric figure-of-merit ZT. The introduction of random potentials via Ag2Te nanoparticle distribution using extrinsic phase mixing was determined using scanning tunneling spectroscopy measurements. When the Ag2Te undergoes a structural phase transition ( T > 420 K) from monoclinic β-Ag2Te to cubic α-Ag2Te, the band gap in the α-Ag2Te increases due to the p -d hybridization. This results in a decrease in the potential barrier height, which gives rise to partial delocalization of the electrons, while wave packets of the holes are still in a localized state. Using this strategic approach, we achieved an exceptionally high thermoelectric figure-of-merit in n-type PbTe materials, a ZT greater than 2.0, suitable for waste heat power generation.

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