High Thermoelectric Performance of p-Type SnTe via a Synergistic Band Engineering and Nanostructuring Approach

热电效应 热电材料 塞贝克系数 带隙 功勋 电子能带结构 化学 凝聚态物理 光电子学 热导率 电阻率和电导率 纳米技术 材料科学 工程物理 热力学 复合材料 电气工程 物理 工程类
作者
Gangjian Tan,Li‐Dong Zhao,Fengyuan Shi,Jeff W. Doak,Shih‐Han Lo,Hui Sun,Chris Wolverton,Vinayak P. Dravid,Ctirad Uher,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:136 (19): 7006-7017 被引量:649
标识
DOI:10.1021/ja500860m
摘要

SnTe is a potentially attractive thermoelectric because it is the lead-free rock-salt analogue of PbTe. However, SnTe is a poor thermoelectric material because of its high hole concentration arising from inherent Sn vacancies in the lattice and its very high electrical and thermal conductivity. In this study, we demonstrate that SnTe-based materials can be controlled to become excellent thermoelectrics for power generation via the successful application of several key concepts that obviate the well-known disadvantages of SnTe. First, we show that Sn self-compensation can effectively reduce the Sn vacancies and decrease the hole carrier density. For example, a 3 mol % self-compensation of Sn results in a 50% improvement in the figure of merit ZT. In addition, we reveal that Cd, nominally isoelectronic with Sn, favorably impacts the electronic band structure by (a) diminishing the energy separation between the light-hole and heavy-hole valence bands in the material, leading to an enhanced Seebeck coefficient, and (b) enlarging the energy band gap. Thus, alloying with Cd atoms enables a form of valence band engineering that improves the high-temperature thermoelectric performance, where p-type samples of SnCd(0.03)Te exhibit ZT values of ~0.96 at 823 K, a 60% improvement over the Cd-free sample. Finally, we introduce endotaxial CdS or ZnS nanoscale precipitates that reduce the lattice thermal conductivity of SnCd(0.03)Te with no effect on the power factor. We report that SnCd(0.03)Te that are endotaxially nanostructured with CdS and ZnS have a maximum ZTs of ~1.3 and ~1.1 at 873 K, respectively. Therefore, SnTe-based materials could be ideal alternatives for p-type lead chalcogenides for high temperature thermoelectric power generation.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
温婉的荷花完成签到,获得积分10
刚刚
漂亮拳完成签到,获得积分10
2秒前
油米盐完成签到 ,获得积分10
6秒前
葱姜蒜辣椒香菜我全要完成签到,获得积分10
12秒前
CJW完成签到 ,获得积分10
16秒前
流星雨完成签到 ,获得积分10
19秒前
nusiew完成签到,获得积分10
19秒前
lili完成签到,获得积分10
20秒前
lsy完成签到,获得积分10
20秒前
yinyin完成签到 ,获得积分10
22秒前
nanfeng完成签到 ,获得积分10
23秒前
兜兜完成签到 ,获得积分10
27秒前
受不了12345完成签到,获得积分10
27秒前
29秒前
超欲完成签到 ,获得积分10
30秒前
张张张哈哈哈完成签到,获得积分10
33秒前
34秒前
khuntoria完成签到,获得积分10
38秒前
闫栋完成签到 ,获得积分10
39秒前
鱿鱼炒黄瓜完成签到,获得积分10
43秒前
Nole应助星心采纳,获得10
44秒前
44秒前
超级安阳完成签到 ,获得积分10
48秒前
51秒前
51秒前
56秒前
官官过发布了新的文献求助10
57秒前
1分钟前
Silence完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
roy_chiang完成签到,获得积分10
1分钟前
官官过完成签到,获得积分10
1分钟前
俗人完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
byron完成签到 ,获得积分10
1分钟前
今后应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
Lucas应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
Orange应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
自觉德天完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场现状调查及投资机会研判报告 1000
2026年中国辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯行业市场规模及竞争格局分析报告 1000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Periodic Report Summary 2 - AFTER (A Framework for electrical power sysTems vulnerability identification, dEfense and Restoration) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7318561
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8934279
关于积分的说明 18938571
捐赠科研通 6977312
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3214245
关于科研通互助平台的介绍 2382193
邀请新用户注册赠送积分活动 2193218