Thermoelectric performance of p-type (Bi,Sb)2Te3 incorporating amorphous Sb2S3 nanospheres

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作者
Deyu Bao,Qiang Sun,Linsen Huang,Jie Chen,Jun Tang,Dali Zhou,Min Hong,Lei Yang,Zhi‐Gang Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:430: 132738-132738 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132738
摘要

Tremendous efforts have been focusing on the improvement of p-type (Bi, Sb)2Te3-based thermoelectric materials for commercial applications. In this study, we achieve versatile interface engineering through a surface decoration of Bi0.5Sb1.5Te3 by amorphous Sb2S3 combining with spark plasma sintering, which introduces semi-coherent Sb/Bi0.5Sb1.5Te3 interfaces and dopes S into Bi0.5Sb1.5Te3. Semi-coherent Sb/Bi0.5Sb1.5Te3 interfaces strongly scatter phonons and lower energy carriers, leading to decreased thermal conductivity and increased Seebeck coefficient, while the electrical conductivity is not sacrificed due to the compromise of the slightly reduced carrier mobility by interfacial scattering and the increased carrier concentration by S doping. Benefited from the decoupled thermoelectric properties, a significantly enhanced power factor of 3345.40 μW m−1 K−2 and a low thermal conductivity of 0.78 W m−1 K−1 is obtained in Bi0.5Sb1.5Te3-0.4%Sb2S3, leading to a high peak zT of ∼ 1.31 at 330 K, which shows a 54% enhancement compared with pristine Bi0.5Sb1.5Te3. Moreover, a conversion efficiency of ∼ 7.6% can be predicted in a single leg Bi0.5Sb1.5Te3-0.4%Sb2S3-based module under a cold side temperature of 300 K and hot side temperature of 480 K. This study paves a facile amorphous Sb2S3 induced interface engineering strategy for the development of high performance (Bi,Sb)2Te3-based thermoelectric materials.
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