Enhanced Electrical, Thermal, and Mechanical Properties of SnTe through Equimolar Multication Alloying for Suitable Device Applications

热电效应 材料科学 热电材料 工程物理 三元运算 塞贝克系数 声子散射 光电子学 工作(物理) 声子 合金 热的 凝聚态物理 复合材料 机械工程 热导率 热力学 计算机科学 物理 工程类 程序设计语言
作者
Samuel Kimani Kihoi,U. Sandhya Shenoy,Hyunji Kim,Joseph Ngugi Kahiu,Cheol Min Kim,Kwi‐Il Park,D. Krishna Bhat,Ho Seong Lee
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02687
摘要

With the ever-growing demand for eco-friendly energy sources to mitigate the global rising temperatures, the universal insatiable need for sustainable and efficient energy sources are earnestly being intensively sought after. The ubiquitous heat within, if successfully tapped, is an utterly promising source of energy. To achieve this, a thermoelectric device (TED) is needed. To enhance the conversion efficiency from heat to useful electrical power, we developed a strategy to improve the thermoelectric performance of the materials involved. In this work, equimolar multication alloying (EMMCA) is proposed for the first time and employed to enhance the performance of SnTe-based thermoelectric materials. Beyond the cation’s solubility limit, in situ compositing is observed with an increasing doping ratio, whereby distinct CuInTe2 ternary second phases are dispersed within the SnTe matrix. The electronic properties of the ensuing alloy are significantly enhanced by the resulting carrier concentration modulation and the unique electronic band engineering. A decrease in the thermal transport properties is likewise reported, benefiting from enhanced phonon scattering and diminished electronic contribution. The mechanical properties are also shown to increase with increased alloying. As a result, single-leg TED performance shows substantial output power in comparison with the pristine sample. The outcomes stemming from EMMCA are documented as significantly impactful, contributing to superior overall thermoelectric performance.
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