Enhancing the Thermoelectric Properties via Modulation of Defects in P‐Type MNiSn‐Based (M = Hf, Zr, Ti) Half‐Heusler Materials

材料科学 热电效应 塞贝克系数 兴奋剂 热电材料 凝聚态物理 热导率 功勋 声子 电阻率和电导率 休斯勒化合物 光电子学 热力学 金属 冶金 复合材料 工程类 物理 电气工程
作者
Xin Ai,Bing‐Hua Lei,Magdalena Ola Cichocka,Lars Giebeler,Ruben Bueno Villoro,Siyuan Zhang,Christina Scheu,Nicolás Pérez,Qihao Zhang,A. V. Sotnikov,David J. Singh,Kornelius Nielsch,Ran He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (48) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202305582
摘要

Abstract The thermoelectric figure‐of‐merit ( zT ) of p ‐type MNiSn (M = Ti, Zr, or Hf) half‐Heusler compounds is lower than their n ‐type counterparts due to the presence of a donor in‐gap state caused by Ni occupying tetrahedral interstitials. While ZrNiSn and TiNiSn, have been extensively studied, HfNiSn remains unexplored. Herein, this study reports an improved thermoelectric property in p ‐type HfNi 1− x Co x Sn. By doping 5 at% Co at the Ni sites, the Seebeck coefficient becomes reaching a peak value exceeding 200 µV K −1 that breaks the record of previous reports. A maximum power factor of ≈2.2 mW m −1 K −2 at 973 K is achieved by optimizing the carrier concentration. The enhanced p ‐type transport is ascribed to the reduced content of Ni defects, supported by first principle calculations and diffraction pattern refinement. Concomitantly, Co doping also softens the lattice and scatters phonons, resulting in a minimum lattice thermal conductivity of ≈1.8 W m −1 K −1 . This leads to a peak zT of 0.55 at 973 K is realized, surpassing the best performing p ‐type MNiSn by 100%. This approach offers a new method to manipulate the intrinsic atomic disorder in half‐Heusler materials, facilitating further optimization of their electronic and thermal properties.
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