Cooperative regulation of electrical and thermal transport behavior enhancing the thermoelectric performance of SnTe
Cooperative regulation of electrical and thermal transport behavior enhancing the thermoelectric performance of SnTe
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电和热传输行为的协同调节增强 SnTe 的热电性能
DOI：
10.1016/j.mtphys.2021.100556
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发表时间：
2021-10
影响因子：
11.5
通讯作者：
Jiehe Sui
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bo Cui;Yuxin Sun;Yiyue Jiang;Wenjing Shi;Xiaosong Zhou;Shuming Peng;Wei Cai;Fengkai Guo;Jiehe Sui
SnTe是一种很有希望的中温热电材料，但其热电性能不仅受到本征高载流子浓度和大价带偏移导致的电输运性能差的限制，而且还受到相对较高的晶格热导率的限制。本文研究了Mn-Bi和Mn-Sb共掺杂SnTe的热电性能。正如预期的那样，Mn掺杂减小了两个价带最大值之间的能量分离，使得能够改善塞贝克系数，Bi或Sb的施主效应减弱了Mn掺杂对载流子浓度的不利影响，然后实现相对高的平均功率因数。更重要的是，引入了各种缺陷，包括点缺陷、位错和纳米沉淀物，这些缺陷可以在很宽的频率范围内散射声子，降低晶格热导率。最后，这些效应的协同作用使Sn_（0·88）Bi_（0·04）Mn_（0·08）Te样品在873 K时的最大Z_T为1.14，平均Z_T为0.7（300-873 K）; Sn_（0·82）Sb_（0·06）Mn_（0·12）Te样品在873 K时的最大Z_T为1.23，平均Z_T为0.73（300- 873 K）。
SnTe is a kind of promising candidates for medium temperature thermoelectric materials, while its thermoelectric properties are limited by not only the poor electrical transport properties caused by intrinsic high carrier concentration and large valence bands offset, but also the relatively high lattice thermal conductivity. In this work, the thermoelectric performance of Mn–Bi and Mn–Sb co-doped SnTe is investigated. As expected, Mn doping decreases the energy separation between the two valence band maxima, enabling improved Seebeck coefficient, the donor effect of Bi or Sb weakens the adverse effect of Mn doping on carrier concentration, and then a relatively high average power factor is achieved. More importantly, a variety of defects, including point defects, dislocations and nanoprecipitates, are introduced, which can scatter phonons in a wide frequency range and decrease the lattice thermal conductivity. Finally, the synergy of these effects yields a maximumZTof 1.14 at 873 K and an averageZTof 0.7 (300–873 K) in Sn0·88Bi0·04Mn0·08Te sample, and a maximumZTof 1.23 at 873 K and an averageZTof 0.73 (300–873 K) in Sn0·82Sb0·06Mn0·12Te sample.
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