Isotropic Thermoelectric Performance of Layer-Structured n-Type Bi2Te2.7Se0.3 by Cu Doping

材料科学 热电效应 凝聚态物理 热导率 各向同性 热电材料 兴奋剂 微晶 各向异性 电阻率和电导率 有效质量(弹簧-质量系统) 层状结构 热力学 复合材料 光电子学 冶金 光学 物理 量子力学
作者
Xinyu Chen,Juan Li,Qing Shi,Yiyuan Chen,Houjun Gong,Yanping Huang,Liwei Lin,Ding Ren,Бо Лю,Ran Ang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (49): 58781-58788 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsami.1c19668
摘要

The lamellar structure of (Bi,Sb)2(Te,Se)3 alloys makes it difficult to achieve isotropic thermoelectric properties in the directions along and perpendicular to the c-axis, especially for n-type samples. In this work, by introducing Cu in polycrystalline n-type CuxBi2Te2.7Se0.3 and applying the traditional synthesis process of high-energy ball milling and hot pressing, substantial enhancement of the thermoelectric figure of merit zT is obtained in both in-plane and out-of-plane directions. The intercalated Cu not only provides electron transport media for mobility improvement but also reduces the lattice thermal conductivity owing to the strain fluctuation. Typically, the van der Waals gap in the out-of-plane direction leads to relatively slower mobility and lower lattice thermal conductivity. Taking into account the same average density-of-state effective mass (mavg* ∼ 1.5me) predicted based on a single parabolic model, the obtained quality factor β is comparable in both directions. As a result, a peak zT ∼ 1.05 at 420 K and the average zT approaching to 1.0 in the temperature range 300–500 K are obtained in both directions for the Cu0. 02Bi2Te2.7Se0.3 sample. The simple synthesis process and isotropic thermoelectric properties in this work make n-type Bi2Te3 more convenient for potential production and application.
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