Incompletely Decomposed In4SnSe4 Leads to High‐Ranged Thermoelectric Performance in n‐Type PbTe

材料科学 热电效应 热电材料 热导率 功勋 无量纲量 热分解 声子 纳米技术 凝聚态物理 化学工程 光电子学 热力学 复合材料 化学 物理 工程类 有机化学
作者
Haonan Shi,Yongxin Qin,Bingchao Qin,Lizhong Su,Yuping Wang,Yongjin Chen,Xiang Gao,Hao Liang,Zhen‐Hua Ge,Tao Hong,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (42) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/aenm.202202539
摘要

Abstract Additives in thermoelectric materials are conventionally considered as either extrinsic defects or second phases regardless of their dynamic processes. Herein, In 4 SnSe 4 , with inherent low thermal conductivity, is introduced into n‐type PbTe. It is revealed that In 4 SnSe 4 decomposes incompletely at high temperatures, in which around 80% of In 4 SnSe 4 dissolves into InSe and Sn, while 20% forms as nano‐precipitates. Benefiting from the incomplete decomposition, PbTe‐0.1%In 4 SnSe 4 presents superior thermoelectric performance compared to the stepwise and compositionally identical PbTe‐0.4%InSe‐0.1%Sn. The residual In 4 SnSe 4 along with Sn and InSe jointly contribute to the synergetic optimization of carrier mobility and lattice thermal conductivity in PbTe‐0.1%In 4 SnSe 4 . As a result, the room‐temperature dimensionless figure of merit ( ZT ) of ≈0.4 and the ZT ave of ≈0.83 at 300–573 K are obtained, and an experimental maximum thermoelectric conversion efficiency (η) of ≈2.5% (Δ T ≈ 400 K) is obtained, demonstrating significant research progress in n‐type PbTe. This work indicates that the In 4 SnSe 4 incomplete decomposition effectively decouples the electron and phonon transports in n‐type PbTe and the strategy of utilizing the unstable additives is proven feasible. Additionally, more dynamic behaviors of additives are worth expecting and may promote more achievements for other thermoelectric systems.

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