Thermoelectric properties of Bi2O2Se single crystals

热电效应 材料科学 热电材料 非谐性 散射 凝聚态物理 单晶 外推法 热导率 功勋 声子散射 声子 热力学 光电子学 结晶学 光学 物理 冶金 复合材料 化学 数学分析 数学
作者
Jialu Wang,Wanghua Hu,Zhefeng Lou,Zhuokai Xu,Xiaohui Yang,Tao Wang,Xiao Lin
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:119 (8) 被引量:19
标识
DOI:10.1063/5.0063091
摘要

Bismuth oxyselenide (Bi2O2Se) attracts great interest as a potential n-type complement to p-type thermoelectric oxides in practical applications. Previous investigations were generally focused on polycrystals. Here, we performed a study on the thermoelectric properties of Bi2O2Se single crystals. Our samples exhibit electron mobility as high as 250 cm2 V−1 s−1 and thermal conductivity as low as 2 W m−1 K−1 near room temperature. The maximized figure of merit is yielded to be 0.188 at 390 K, higher than that of polycrystals. Consequently, a rough estimation of the phonon mean free path (ℓph) from the kinetic model amounts to 12 Å at 390 K and follows a T−1 behavior. An extrapolation of ℓph to higher temperatures indicates that this system approaches the Ioffe–Regel limit at about 1100 K. In light of the phonon dispersions, we argue that the ultralow ℓph is attributed to intense anharmonic phonon–phonon scattering, including the Umklapp process and acoustic to optical phonon scattering. Our results suggest that single crystals provide a further improvement of thermoelectric performance of Bi2O2Se.
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