Semiconductor–Semimetal Composite Engineering Enabling Record‐High Thermoelectric Power Density for Low‐Temperature Energy Harvesting

材料科学 半金属 半导体 复合数 工程物理 热电效应 塞贝克系数 功率密度 能量收集 功率(物理) 光电子学 复合材料 带隙 热导率 热力学 工程类 物理
作者
Liangjun Xie,Guyang Peng,Yuxin Sun,Zihang Liu,Fushan Li,Yuke Zhu,Jianbo Zhu,Hao Wu,Nuo Qu,Wenjing Shi,Lei Jiao,Fengkai Guo,Wei Cai,Haijun Wu,Jiehe Sui
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (34) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adfm.202401763
摘要

Abstract Sustained thermoelectric efforts have concentrated on the enhancement of conversion efficiency of power generators, while simultaneously achieving high output power continues to lag. Specifically, the highest output power density of emerging Mg‐based modules reported so far is only half of that of commercial Bi 2 Te 3 ‐based, mainly due to the low power factor of MgAgSb. Herein, homogenously distributed MgCuSb in situ nanoprecipitates in the MgAgSb matrix effectively optimized carrier concentration due to the effect of carrier injection from the metal–semiconductor Ohmic contact. As a result, a record‐high average power factor of 27.2 µW cm −1 K −2 is obtained in MgCu 0.1 Ag 0.87 Sb 0.99 composite within the temperature range of 300–550 K, which is much higher than ever reported values of MgAgSb system. Benefiting from the combination of the optimized average power factor of p‐leg and low interface resistivity, a fabricated eight‐pair MgCu 0.1 Ag 0.87 Sb 0.99 /Mg 3.2 Bi 1.5 Sb 0.5 module demonstrates an unprecedently high output power density of 2.9 W cm −2 under a temperature difference of 300 K, outperforming all low‐temperature advanced thermoelectric modules. Meanwhile, a competitive conversion efficiency of 7.65% is obtained simultaneously. The work significantly advances high‐power thermoelectric applications of Mg‐based modules in the field of low‐temperature sustainable energy harvesting.
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