High Carrier Mobility and High Figure of Merit in the CuBiSe2 Alloyed GeTe

材料科学 功勋 电负性 电子迁移率 热电效应 塞贝克系数 载流子 载流子密度 热导率 凝聚态物理 兴奋剂 光电子学 热力学 化学 复合材料 物理 有机化学
作者
Liang‐Cao Yin,Wei‐Di Liu,Meng Li,Qiang Sun,Han Gao,De‐Zhuang Wang,Hao Wu,Yifeng Wang,Xiao‐Lei Shi,Qingfeng Liu,Zhi‐Gang Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (45) 被引量:87
标识
DOI:10.1002/aenm.202102913
摘要

Abstract According to the Mott's relation, the figure‐of‐merit of a thermoelectric material depends on the charge carrier concentration and carrier mobility. This explains the observation that low thermoelectric properties of GeTe‐based materials suffer from the degraded carrier mobility, on account of the fluctuation of electronegativity and ionicity of various elements. Here, high‐performance CuBiSe 2 alloyed GeTe with high carrier mobility due to the small electronegativity difference between Cu and Ge atoms and the weak ionicity of CuTe and BiTe bonds, is developed. Density functional theory calculations indicate that CuBiSe 2 alloying increases the formation energy of Ge vacancies and correspondingly reduces the amount of Ge vacancies, leading to an optimized carrier concentration and a high power factor of ≈37.4 µW cm −1 K −2 at 723 K. Moreover, CuBiSe 2 alloying induces dense point defects and triggers ubiquitous lattice distortions, leading to a reduced lattice thermal conductivity of 0.39 W m −1 K −1 at 723 K. These synergistic effects result in an optimization of the carrier mobility, the carrier concentration, and the lattice thermal conductivity, which favors an enhanced peak figure‐of‐merit of ≈2.2 at 723 K in (GeTe) 0.94 (CuBiSe 2 ) 0.06 . This study provides guidance for the screening of GeTe‐based thermoelectric materials with high carrier mobility.
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