Enhanced Thermoelectric Performance in GeTe by Synergy of Midgap state and Band Convergence

材料科学 热电效应 塞贝克系数 有效质量(弹簧-质量系统) 兴奋剂 价(化学) 价带 热电材料 大气温度范围 带隙 光电子学 凝聚态物理 热力学 复合材料 热导率 物理 量子力学
作者
Zhe Guo,Gang Wu,Xiaojian Tan,Ruoyu Wang,Zongwei Zhang,Guangjie Wu,Qiang Zhang,Jiehua Wu,Guoqiang Liu,Jun Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (11) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/adfm.202212421
摘要

Abstract The good co‐existence of midgap state and valence band degeneracy is realized in Bi‐alloyed GeTe through the In‐Cd codoping to play different but complementary roles in the valence band structure modification. In doping induces midgap state and results in a considerably improved Seebeck coefficient near room temperature, while Cd doping significantly increases the Seebeck coefficient in the mid‐high temperature region by promoting the valence band convergence. The synergistic effects obviously increase the density of state effective mass from 1.39 to 2.65 m0, and the corresponding carrier mobility still reaches 34.3 cm2 V−1 s−1 at room temperature. Moreover, the Bi‐In‐Cd co‐alloying introduces various phonon scattering centers including nanoprecipitates and strain field fluctuations and suppresses the lattice thermal conductivity to a rather low value of 0.56 W m−1 K−1 at 600 K. As a result, the Ge0.89Bi0.06In0.01Cd0.04Te sample obtains excellent thermoelectric properties of zTmax ≈2.12 at 650 K and zTavg ≈1.43 between 300 and 773 K. This study illustrates that the thermoelectric performance of GeTe can be optimized in a wide temperature range through the synergy of midgap state and valence band convergence.
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