Simultaneous improvement of power factor and thermal conductivity via Ag doping in p-type Mg3Sb2 thermoelectric materials

热导率 兴奋剂 热电效应 材料科学 热电材料 功率因数 塞贝克系数 类型(生物学) 电导率 光电子学 功率(物理) 分析化学(期刊) 复合材料 物理 化学 热力学 地质学 古生物学 量子力学 色谱法
作者
Lirong Song,Jiawei Zhang,Bo B. Iversen
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (10): 4932-4939 被引量:135
标识
DOI:10.1039/c6ta08316a
摘要

Mg 3Sb 2-based Zintl compounds are potential thermoelectric materials for power generation due to their earth-abundant component elements. Pure Mg 3Sb 2, however, exhibits an intrinsically low p-type carrier concentration at room temperature. Density functional theory calculations of p-type Mg 3Sb 2 suggest that the carrier density can be tuned by doping at the Mg sites without significant modification of the valence bands, and the optimal doping concentration is predicted to be 4.0 × 10 19 cm −3. Herein we have successfully synthesized Ag-doped Mg 3Sb 2 samples by a one-step spark plasma sintering method. All Ag-doped samples display an increased carrier concentration and enhanced Hall mobility relative to the undoped sample, leading to a significant decrease in the electrical resistivity. As a result of simultaneous improvements in the power factor and thermal conductivity, the zT values of the Ag-doped samples are strongly enhanced; an optimum value of 0.51 at 725 K in Mg 2.985Ag 0.015Sb 2 is achieved, which is a factor of 2.4 larger than that of the undoped sample. The average zT is estimated to be 0.21 in Mg 2.985Ag 0.015Sb 2, which is superior to the previous report on Na-doped Mg 3Sb 2. Thus, Ag-doped Mg 3Sb 2 is a promising candidate for intermediate-temperature power generation.
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