Quadruple-band synglisis enables high thermoelectric efficiency in earth-abundant tin sulfide crystals

热电效应 热电材料 带隙 热电冷却 材料科学 碲化镉光电 碲化物 无量纲量 光电子学 余热 凝聚态物理 冶金 物理 热力学 热交换器
作者
Shan Liu,Shulin Bai,Yi Wen,Jing Lou,Yin Jiang,Yingcai Zhu,Dongrui Liu,Yichen Li,Haonan Shi,Shibo Liu,Lei Wang,Junqing Zheng,Zhe Zhao,Yongxin Qin,Zhongkai Liu,Xiang Gao,Bingchao Qin,Cheng Chang,Chao Chang,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:387 (6730): 202-208 被引量:142
标识
DOI:10.1126/science.ado1133
摘要

Thermoelectrics have been limited by the scarcity of their constituent elements, especially telluride. The earth-abundant, wide-bandgap ( E g ≈ 46 k B T ) tin sulfide (SnS) has shown promising performance in its crystal form. We improved the thermoelectric efficiency in SnS crystals by promoting the convergence of energy and momentum of four valance bands, termed quadruple-band synglisis. We introduced more Sn vacancies to activate quadruple-band synglisis and facilitate carrier transport by inducing SnS 2 in selenium (Se)–alloyed SnS, leading to a high dimensionless figure of merit ( ZT ) of ~1.0 at 300 kelvin and an average ZT of ~1.3 at 300 to 773 kelvin in p-type SnS crystals. We further obtained an experimental efficiency of ~6.5%, and our fabricated cooler demonstrated a maximum cooling temperature difference of ~48.4 kelvin at 353 kelvin. Our observations should draw interest to earth-abundant SnS crystals for applications of waste-heat recovery and thermoelectric cooling.
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