Cu Intercalation and Br Doping to Thermoelectric SnSe2 Lead to Ultrahigh Electron Mobility and Temperature‐Independent Power Factor

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作者
Chongjian Zhou,Yuan Yu,Xiangzhao Zhang,Yudong Cheng,Jingtao Xu,Yong Kyu Lee,Byeongjun Yoo,Oana Cojocaru‐Mirédin,Guiwu Liu,Sung‐Pyo Cho,Matthias Wuttig,Taeghwan Hyeon,In Jae Chung
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (6) 被引量:86
标识
DOI:10.1002/adfm.201908405
摘要

Abstract Due to its single conduction band nature, it is highly challenging to enhance the power factor of SnSe 2 by band convergence. Here, it is reported that simultaneous Cu intercalation and Br doping induce strong Cu–Br interaction to connect SnSe 2 layers, otherwise isolated, via “electrical bridges.” Atom probe tomography analysis confirms a strong attraction between Cu intercalants and Br dopants in the SnSe 2 lattice. Density functional theory calculations reveal that this interaction delocalizes electrons confined around SnSe covalent bonds and enhances charge transfer across the SnSe 2 slabs. These effects dramatically increase electron mobility and concentration. Polycrystalline SnCu 0.005 Se 1.98 Br 0.02 shows even higher electron mobility than pristine SnSe 2 single crystal and the theoretical expectation. This results in significantly improved electrical conductivity without reducing effective mass and Seebeck coefficient, thereby leading to the highest power factor of ≈12 µW cm −1 K −2 to date for polycrystalline SnSe 2 and SnSe. It even surpasses the value for the state‐of‐the‐art n‐type SnSe 0.985 Br 0.015 single crystal at elevated temperatures. Surprisingly, the achieved power factor is nearly independent of temperature ranging from 300 to 773 K. The engineering thermoelectric figure of merit ZT eng for SnCu 0.005 Se 1.98 Br 0.02 is ≈0.25 between 773 and 300 K, the highest ZT eng ever reported for any form of SnSe 2 ‐based thermoelectric materials.
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