Influence of defects on the thermoelectricity in SnSe: A comprehensive theoretical study

掺杂剂 热电效应 兴奋剂 空位缺陷 凝聚态物理 材料科学 接受者 热电材料 塞贝克系数 结晶学 纳米技术 物理 化学 热力学
作者
Yecheng Zhou,Wei Li,Minghui Wu,Li‐Dong Zhao,Jiaqing He,Su‐Huai Wei,Li Huang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:97 (24) 被引量:81
标识
DOI:10.1103/physrevb.97.245202
摘要

SnSe has emerged as an efficient and fascinating thermoelectric material. A fundamental understanding of the effects and nature of intrinsic defects and dopants in SnSe is crucial to optimize its thermoelectric performance. In this paper, we perform first-principles calculations to examine the native and extrinsic point-defect properties in SnSe. We show that the easy formation of acceptorlike Sn vacancy (${\mathrm{V}}_{\mathrm{Sn}}$) is responsible for the $p$-type conductivity in intrinsic SnSe. We also propose a mechanism and explain the anomalous temperature dependence of the carrier concentration in intrinsic SnSe crystals. Concerning the extrinsic defects, we focus on the dopants used in experiments. We find that Na (Ag) substitution on Sn site, ${\mathrm{Na}}_{\mathrm{Sn}}$ (${\mathrm{Ag}}_{\mathrm{Sn}}$), acts as acceptor, whereas, substitutional ${\mathrm{Br}}_{\text{Se}}, {\mathrm{I}}_{\text{Se}}$, and ${\mathrm{Bi}}_{\text{Sn}}$ dopants act as donor. It is shown that for Ag doping, its carrier concentration will be saturated with increasing doping concentration due to the coexistence of compensated defects (${\mathrm{Ag}}_{\mathrm{i}}$ and ${\mathrm{Ag}}_{\text{Sn}}$). Furthermore, we analyze how this doping introduced carrier impact on their thermoelectric characteristics. It is found that the more efficient doping of Na, Br, and I can realize higher $ZT$.
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