Performance boost for bismuth telluride thermoelectric generator via barrier layer based on low Young’s modulus and particle sliding

材料科学 碲化铋 扩散阻挡层 热电效应 欧姆接触 阻挡层 热电材料 热电发电机 复合材料 模数 光电子学 图层(电子) 热导率 热力学 物理
作者
Yuxin Sun,Fengkai Guo,Yan Feng,Chun Li,Yongchun Zou,Jinxuan Cheng,Xingyan Dong,Hao Wu,Qian Zhang,Weishu Liu,Zihang Liu,Wei Cai,Zhifeng Ren,Jiehe Sui
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43879-8
摘要

The lack of desirable diffusion barrier layers currently prohibits the long-term stable service of bismuth telluride thermoelectric devices in low-grade waste heat recovery. Here we propose a new design principle of barrier layers beyond the thermal expansion matching criterion. A titanium barrier layer with loose structure is optimized, in which the low Young's modulus and particle sliding synergistically alleviates interfacial stress, while the TiTe2 reactant enables metallurgical bonding and ohmic contact between the barrier layer and the thermoelectric material, leading to a desirable interface characterized by high-thermostability, high-strength, and low-resistivity. Highly competitive conversion efficiency of 6.2% and power density of 0.51 W cm-2 are achieved for a module with leg length of 2 mm at the hot-side temperature of 523 K, and no degradation is observed following operation for 360 h, a record for stable service at this temperature, paving the way for its application in low-grade waste heat recovery.

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