Giant Thermoelectric Effect in Rare Earth Sulfoiodides

凝聚态物理 热电效应 热电材料 材料科学 热导率 塞贝克系数 声子散射 玻尔兹曼方程 声子 费米能级 功勋 电子 物理 热力学 光电子学 复合材料 量子力学
作者
Linyuan Cheng,Junpeng Yuan,Mengli Yao,Min Li,Hui Wang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (42): 20572-20581 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c04422
摘要

Using first-principles calculations and the electron–phonon Wannier and Boltzmann transport equation, the electronic and lattice transport properties along with thermoelectric performance of FeOCl-type compounds ScXI (X = S, Se, Te) are investigated. It is found that the transport coefficients that determine the thermoelectric properties are significantly affected by electron–phonon coupling, with optical phonon scattering contributing importantly to the transport properties that produce low lattice thermal conductivity at room temperature. Near the Fermi level, the conductivity and relaxation time of holes are 1 order of magnitude larger than that of electrons, while both of them contribute negligibly to the thermal conductivity. The significantly enhanced power factor of holes along with low lattice thermal conductivity give rise to remarkable thermoelectric performance, with ZT of p-type ScSI reaching 1.02. More importantly, we find that both compressive and tensile strain engineering significantly suppress the lattice thermal conductivity by enhancing the phonon scattering, while retaining the electronic band structures almost unchanged near the Fermi level. As a result, a giant thermoelectric figure of merit is predicted in ScSI with a ZT value as high as 4.56 under isotropic strain ratio (−0.6%), corresponding with a hydrostatic pressure of 1.08 GPa. The present work not only uncovers a new family of high-performance thermoelectric materials but also casts physical insights on optimizing the figure of merits for potential applications.
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