Conduction Bands Manipulation Leads to Promising Thermoelectric Efficiency in n‐Type Mo‐Doped Bi 2 (Te,Se) 3

材料科学 兴奋剂 热电效应 塞贝克系数 热电材料 热传导 能量转换效率 带隙 功勋 有效质量(弹簧-质量系统) 光电子学 无量纲量 凝聚态物理 费米能级 热电冷却 杂质 热电发电机 共发射极 工程物理 电子迁移率 热的 功率因数 半导体 热导率
作者
Jiayi Peng,Dongrui Liu,Yi Wen,Shulin Bai,Siqi Wang,Yu Tian,Xiao‐Bin Jia,Yichen Li,Huaping Liang,Shibo Liu,Xin Qian,Xu Liu,Bingchao Qin,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202504917
摘要

Abstract A high power factor ( PF ) that ensures thermoelectric coolers have excellent cooling temperature difference (Δ T ) and low power consumption, is often hindered by the inherent trade‐offs between electrical parameters. In this study, Molybdenum (Mo) is found to effectively manipulate the conduction bands structure of n‐type Bi 2 (Te,Se) 3 (BTS) by directly introducing impurity levels, distorting the density of states near the Fermi level to achieve a large effective mass and Seebeck coefficient. Meanwhile, Mo doping promotes band sharpening and band convergence to further realize the synergistic optimization of carrier mobility and effective mass. In addition, the low carrier concentration caused by the expanded bandgap and regulated defects maintain the low thermal conductivity. Consequently, the Bi 2 Mo 0.008 Te 2.79 Se 0.21 I 0.004 (BTS+0.8%Mo) sample achieves a PF of ≈52.3 µW cm −1 K −2 and a dimensionless figure‐of merit ( ZT ) value of ≈1.2 at 300 K. Resultantly, the as‐fabricated device achieves a maximum cooling temperature difference (Δ T max ) of ≈71.4 K at 300 K and a maximum conversion efficiency ( η max ) of ≈6.0% when Δ T is 200 K. Those observations provide valuable insights for circumventing the limiting inter‐dependencies among thermoelectric parameters, offering a fresh perspective for enhancing the efficiency of various thermoelectric systems.
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