Intrinsic Off-Centering and Light Conduction Band Structure Lead to High Thermoelectric Performance in N-Type Diamondoid AgInSe2

类金刚石 化学 铅(地质) 导带 热电效应 热传导 电子能带结构 光电子学 凝聚态物理 分子 热力学 物理 有机化学 量子力学 地貌学 地质学 电子
作者
Jingyi Su,Yukun Liu,Yichen Li,Shulin Bai,Dezheng Gao,Pengpeng Chen,Zihao Zhao,Vinayak P. Dravid,Hongyao Xie,Li‐Dong Zhao,Mercouri G. Kanatzidis
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.5c04294
摘要

Historically, the rocksalt crystal structure and its variants have long dominated the field of advanced thermoelectrics. Developing new structural thermoelectric materials is an interesting topic for the thermoelectric community. In this work, an n-type diamondoid compound, AgInSe2, was identified with extremely low thermal conductivity and very high carrier mobility. The intrinsic Ag off-centering behavior combined with the densely distributed twin boundaries and switched grain orientations significantly disrupts phonon transport and leads to the extremely low thermal conductivity of ∼0.19 W m-1 K-1 at 850 K in the Ag0.98In1.02Se2-0.03CdSe material. On the other hand, the light conduction band structure of AgInSe2 leads to a small density-of-state effective mass of 0.1 me and very high electron mobility of 700 cm2 V-1 s-1 at room temperature. Combining this with the significant increase in carrier concentration induced by CdSe alloying, a record-high maximum ZT of 1.4 at 850 K and an average ZT of 0.8 are achieved in n-type Ag0.98In1.02Se2-0.03CdSe, which can be comparable to many typical rocksalt n-type thermoelectrics. Moreover, a maximum output power of ∼10 mW and an energy conversion efficiency of ∼5% were demonstrated in the AgInSe2-based single-leg device, highlighting the application potential of this novel n-type diamondoid thermoelectric.

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