Theoretical investigation of the electronic structure and thermoelectric performance of 2D GeSb2Te4 and GeBi2Te4

热电效应 材料科学 功勋 热电材料 各向异性 声子 凝聚态物理 声子散射 带隙 塞贝克系数 光电子学 工程物理 热力学 物理 光学
作者
Wenyu Fang,Xiaoxiao Rao,Jun Cheng,Ping Xue,Xiaofei Sheng,Chunjing Liu,Pengcheng Zhang
出处
期刊:Vacuum [Elsevier]
卷期号:216: 112490-112490 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2023.112490
摘要

Thermoelectric technology is attractive for waste heat recovery and clean energy; it is highly desired as a potential power supply. In this paper, we investigated the stability, elastic, electronic structures and thermoelectric properties of unexplored 2D materials, GeSb2Te4 and GeBi2Te4, which deliver high stability, acceptable cleavage energies (0.32–0.33 J/m2), and narrow band gaps of 0.80 and 0.69 eV. We also revealed that the septuple layers possess anisotropic electron and hole mobilities of about 1593.71/791.50 and 522.04/240.52 cm2/Vs, which result in high conductivities of 107–108 S/m, as well as desirable thermoelectric power factors of 28.08–70.382 mW/Km2. Besides, owing to the low group velocities and strong dissipative scattering for low-lying phonons, the materials inherit the low lattice thermal conductivities of 1.51 and 0.41 W/mK. As a result, their thermoelectric figure of merit reaches 1.60 and 1.70 at 300 K, and rises further to 3.80 and 4.16 at 700 K. Together, 2D GeSb2Te4 and GeBi2Te4 are suitable candidates for low-medium temperature thermoelectric application.
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