Integrating Band Structure Engineering with All‐Scale Hierarchical Structuring for High Thermoelectric Performance in PbTe System

材料科学 电子波段 热电效应 电子能带结构 凝聚态物理 分析化学(期刊) 热力学 带隙 光电子学 物理 色谱法 化学
作者
Yanling Pei,Gangjian Tan,Dan Feng,Lei Zheng,Qing Tan,Xiaobing Xie,Shengkai Gong,Yue Chen,Jing‐Feng Li,Jiaqing He,Mercouri G. Kanatzidis,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (3) 被引量:173
标识
DOI:10.1002/aenm.201601450
摘要

PbTe 1− x Se x ‐2%Na‐y%SrTe system is investigated and a high maximum ZT of 2.3 at 923 K for PbTe 0.85 Se 0.15 ‐2%Na‐4%SrTe is reported. This is achieved by performing electronic band structures modifications as well as all‐scale hierarchical structuring and combining the two effects. It is found that high ZTs in PbTe 0.85 Se 0.15 ‐2%Na‐4%SrTe are possible at all temperature from 300 to 873 K with an average ZT ave of 1.23. The high performance in PbTe 1− x Se x ‐2%Na‐y%SrTe can be achieved by either choosing PbTe‐2Na‐4SrTe or PbTe 0.85 Se 0.15 ‐2Na as a matrix. At room temperature the carrier mobility shows negligible variations as SrTe fraction is increased, however the lattice thermal conductivity is significantly reduced from ≈1.1 to ≈0.82 W m −1 K −1 when 5.0% SrTe is added, correspondingly, the lattice thermal conductivity at 923 K decreases from ≈0.59 to ≈0.43 W m− 1 K −1 . The power factor maxima of PbTe 1− x Se x ‐2Na‐4SrTe shift systematically to higher temperature with rising Se fractions due to bands divergence. The maximum power factors reach ≈27, ≈30, ≈31 μW cm −1 K −2 for the x = 0, 0.05, and 0.15 samples peak at 473, 573, and 623 K, respectively. The results indicate that ZT can be increased by synergistic integration of band structure engineering and all‐scale hierarchical architectures.
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