Enhanced Thermoelectric Performance through Tuning Bonding Energy in Cu2Se1–xSx Liquid-like Materials

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作者
Kunpeng Zhao,Anders B. Blichfeld,Hongyi Chen,Qingfeng Song,Tiansong Zhang,Chenxi Zhu,Dudi Ren,Riley Hanus,Pengfei Qiu,Bo B. Iversen,Fangfang Xu,G. Jeffrey Snyder,Xun Shi,Lidong Chen
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:29 (15): 6367-6377 被引量:240
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.7b01687
摘要

Thermoelectric materials require an optimal carrier concentration to maximize electrical transport and thus thermoelectric performance. Element doping and composition off-stoichiometry are the two general and effective approaches for optimizing carrier concentrations, which have been successfully applied in almost all semiconductors. In this study, we propose a new strategy called bonding energy variation to tune the carrier concentrations in Cu2Se-based liquid-like thermoelectric compounds. By utilizing the different bond features in Cu2Se and Cu2S, alloying S at the Se sites successfully increases the bonding energy to fix Cu atoms in the crystal lattice to suppress the formation of Cu vacancies, leading to greatly reduced carrier concentrations toward the optimal value. Via a combination of the lowered electrical and lattice thermal conductivities and the relatively good carrier mobility caused by the weak alloy scattering potential, ultrahigh zT values are achieved in slightly S-doped Cu2Se with a maximal value of 2.0 at 1000 K, 30% higher than that in nominally stoichiometric Cu2Se.
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