Anisotropic Multicenter Bonding and High Thermoelectric Performance in Electron-Poor CdSb

凝聚态物理 非谐性 材料科学 热电效应 各向异性 功勋 电子迁移率 塞贝克系数 半导体 热电材料 电子 热导率 光电子学 热力学 复合材料 光学 物理 量子力学
作者
Shanyu Wang,Jiong Yang,Lihua Wu,Ping Wei,Wenqing Zhang,Yuri Grin
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:27 (3): 1071-1081 被引量:79
标识
DOI:10.1021/cm504398d
摘要

Long-standing challenges to simultaneously accomplish crystal-like electrical transport and glass-like thermal transport in materials hinder the development of thermoelectric energy conversion technologies. We show that the unusual combination of these transport properties can be realized in electron-poor II–V semiconductor CdSb. Anisotropic multicenter bonding in CdSb is essential to both electrical and thermal transport. The electron-deficiency-sharing multicenter interactions lead to low overall ionicity and hence relatively high carrier weighted mobility and power factor. The bond anisotropy causes large lattice anharmonicity, which coupled with low cutoff frequency of the longitudinal acoustic branch and low sound velocity, gives rise to intrinsically low lattice thermal conductivity, approaching the glass-limit at elevated temperatures. A maximum thermoelectric figure of merit ZT of ∼1.3 at 560 K and an average ZT of 1.0 between 300 K and 600 K are achieved for the 0.5 at. % Ag-doped sample, which makes CdSb an attractive candidate for low-intermediate temperature or multistage power generations. Our study advocates the search for high efficiency thermoelectric materials in compounds with anisotropic two- and multicenter bonding.
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