High near-room temperature figure of merit of n-type Bi2GeTe4-based thermoelectric materials via a stepwise optimization of carrier concentration

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作者
Liang‐Cao Yin,Wei‐Di Liu,Xiao‐Lei Shi,Han Gao,Meng Li,De‐Zhuang Wang,Hao Wu,Liangzhi Kou,Haizhong Guo,Yifeng Wang,Qingfeng Liu,Zhi‐Gang Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:433: 133775-133775 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133775
摘要

Abstract Bi2GeTe4 is a promising near room-temperature thermoelectric candidate with a low lattice thermal conductivity. Carrier concentration of intrinsic Bi2GeTe4 changes dramatically with tiny Ge content adjustment, leading to a challenge in carrier concentration optimization. To overcome this challenge, we firstly introduce excessive Ge into Bi2GeTe4 to shift the Fermi level deep into the conduction band and transfer Bi2GeTe4 into a highly degenerate n-type semiconductor. Secondly, the embedded p-type Bi2Ge2Te5 secondary phase induces further optimization of the Fermi level and carrier concentration. Finally, the power factor of the as-synthesized Bi2GeTe4-based material is significantly increased from ∼0.08 μW cm-1 K-2 to ∼4.2 μW cm-1 K-2 at 423 K when increasing the nominal Ge content (x) of Bi2GexTe4 from 1 to 1.45. Correspondingly, a high figure-of-merit of ∼0.22 at 423 K is achieved in Bi2GeTe4-based thermoelectric materials. This result indicates our viable stepwise strategy can be used to optimize carrier concentration and achieve high thermoelectric performance of the n-type Bi2GeTe4.
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