Improved Thermoelectric Properties of N-Type Mg3Sb2 through Cation-Site Doping with Gd or Ho

掺杂剂 兴奋剂 材料科学 热电材料 热电效应 功勋 电阻率和电导率 分析化学(期刊) 凝聚态物理 热导率 光电子学 物理 化学 热力学 复合材料 量子力学 色谱法
作者
Jiawei Zhang,Lirong Song,Bo B. Iversen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (9): 10964-10971 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsami.0c22558
摘要

The success of n-type doping has attracted strong research interest for exploring effective n-type dopants for Mg 3 Sb 2 thermoelectrics. Herein, we experimentally study Gd and Ho as n-type dopants for Mg 3 Sb 2 thermoelectrics. The synthesis, structural characterization, and thermoelectric properties of Gd-doped, Ho-doped, (Gd, Te)-codoped, and (Ho, Te)-codoped Mg 3 Sb 2 samples are reported. It is found that Gd and Ho are effective n-type cation-site dopants showing a higher doping efficiency as well as a superior carrier concentration in comparison with anion-site doping with Te, consistent with the previous theoretical prediction. For n-type Mg 3 Sb 2 samples doped with Gd or Ho, optimal thermoelectric figure of merit zT values of ∼1.26 and ∼0.94 at 725 K are obtained, respectively, in Mg 3.5 Gd 0.04 Sb 2 and Mg 3.5 Ho 0.04 Sb 2, which are superior to many reported Te-doped Mg 3 Sb 2 without alloying with Mg 3 Bi 2 . By codoping with Gd (or Ho) and Te, reduced thermal conductivity and enhanced power factor values are achieved at high temperatures, which results in enhanced peak zT values well above unity at 725 K. This work reveals Gd and Ho as effective n-type dopants for Mg 3 Sb 2 thermoelectric materials.

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