Design of Domain Structure and Realization of Ultralow Thermal Conductivity for Record‐High Thermoelectric Performance in Chalcopyrite

黄铜矿 材料科学 热电效应 热导率 热电材料 声子 声子散射 凝聚态物理 分析化学(期刊) 冶金 热力学 复合材料 化学 物理 色谱法
作者
Jian Zhang,Lulu Huang,Chen Zhu,Chongjian Zhou,Bushra Jabar,Jimin Li,Xiaoguang Zhu,Ling Wang,Chunjun Song,Hongxing Xin,Di Li,Xiaoying Qin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (52): e1905210-e1905210 被引量:92
标识
DOI:10.1002/adma.201905210
摘要

Chalcopyrite compound CuGaTe2 is the focus of much research interest due to its high power factor. However, its high intrinsic lattice thermal conductivity seriously impedes the promotion of its thermoelectric performance. Here, it is shown that through alloying of isoelectronic elements In and Ag in CuGaTe2 , a quinary alloy compound system Cu1- x Agx Ga0.4 In0.6 Te2 (0 ≤ x ≤ 0.4) with complex nanosized strain domain structure is prepared. Due to strong phonon scattering mainly by this domain structure, thermal conductivity (at 300 K) drops from 6.1 W m-1 K-1 for the host compound to 1.5 W m-1 K-1 for the sample with x = 0.4. As a result, the optimized chalcopyrite sample Cu0.7 Ag0.3 Ga0.4 In0.6 Te2 presents an outstanding performance, with record-high figure of merit (ZT) reaching 1.64 (at 873 K) and average ZT reaching 0.73 (between ≈300 and 873 K), which are ≈37 and ≈35% larger than the corresponding values for pristine CuGaTe2 , respectively, demonstrating that such domain structure arising from isoelectronic multielement alloying in chalcopyrite compound can effectively suppress its thermal conductivity and elevate its thermoelectric performance remarkably.
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