Unconventional Doping Effect Leads to Ultrahigh Average Thermoelectric Power Factor in Cu3SbSe4‐Based Composites

材料科学 兴奋剂 热电效应 半导体 载流子 塞贝克系数 电子迁移率 热电材料 简并半导体 凝聚态物理 电阻率和电导率 热导率 光电子学 复合材料 热力学 电气工程 物理 工程类
作者
Yuling Huang,Bin Zhang,Jingwei Li,Zizhen Zhou,Sikang Zheng,Nanhai Li,Guiwen Wang,De Zhang,Daliang Zhang,Guang Han,Guoyu Wang,Xiaodong Han,Xu Lu,Xiaoyuan Zhou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (14) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202109952
摘要

Thermoelectric materials are typically highly degenerate semiconductors, which require high carrier concentration. However, the efficiency of conventional doping by replacing host atoms with alien ones is restricted by solubility limit, and, more unfavorably, such a doping method is likely to cause strong charge-carrier scattering at ambient temperature, leading to deteriorated electrical performance. Here, an unconventional doping strategy is proposed, where a small trace of alien atoms is used to stabilize cation vacancies in Cu3 SbSe4 by compositing with CuAlSe2 , in which the cation vacancies rather than the alien atoms provide a high density of holes. Consequently, the hole concentration enlarges by six times but the carrier mobility is well maintained. As a result, a record-high average power factor of 19 µW cm-1 K-2 in the temperature range of 300-723 K is attained. Finally, with further reduced lattice thermal conductivity, a peak zT value of 1.4 and a record-high average zT value of 0.72 are achieved within the diamond-like compounds. This new doping strategy not only can be applied for boosting the average power factor for thermoelectrics, but more generally can be used to maintain carrier mobility for a variety of semiconductors that need high carrier concentration.

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