High thermoelectric performance in (Bi0.25Sb0.75)2Te3 due to band convergence and improved by carrier concentration control

液相线 热电效应 材料科学 掺杂剂 索里达 有效质量(弹簧-质量系统) 热电材料 兴奋剂 带隙 半金属 同种类的 价带 光电子学 凝聚态物理 热力学 复合材料 物理 量子力学 合金
作者
Hyun-Sik Kim,Nicholas A. Heinz,Zachary M. Gibbs,Yaqiong Tang,Stephen Dongmin Kang,G. Jeffrey Snyder
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:20 (8): 452-459 被引量:150
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2017.02.007
摘要

Bi2Te3 has been recognized as an important cooling material for thermoelectric applications. Yet its thermoelectric performance could still be improved. Here we propose a band engineering strategy by optimizing the converging valence bands of Bi2Te3 and Sb2Te3 in the (Bi1−xSbx)2Te3 system when x = 0.75. Band convergence successfully explains the sharp increase in density-of-states effective mass yet relatively constant mobility and optical band gap measurement. This band convergence picture guides the carrier concentration tuning for optimum thermoelectric performance. To synthesize homogeneous textured and optimally doped (Bi0.25Sb0.75)2Te3, excess Te was chosen as the dopant. Uniform control of the optimized thermoelectric composition was achieved by zone-melting which utilizes separate solidus and liquidus compositions to obtain zT = 1.05 (at 300 K) without nanostructuring.
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