Discovery of high-performance low-cost n-type Mg3Sb2-based thermoelectric materials with multi-valley conduction bands

热电效应 热电材料 功勋 材料科学 兴奋剂 光电子学 热传导 导带 工程物理 功率因数 纳米技术 功率(物理) 复合材料 物理 电子 热力学 核物理学
作者
Jiawei Zhang,Lirong Song,Steffen Hindborg Pedersen,H. Yin,Le Thanh Hung,Bo B. Iversen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:477
标识
DOI:10.1038/ncomms13901
摘要

Abstract Widespread application of thermoelectric devices for waste heat recovery requires low-cost high-performance materials. The currently available n-type thermoelectric materials are limited either by their low efficiencies or by being based on expensive, scarce or toxic elements. Here we report a low-cost n-type material, Te-doped Mg 3 Sb 1.5 Bi 0.5 , that exhibits a very high figure of merit zT ranging from 0.56 to 1.65 at 300−725 K. Using combined theoretical prediction and experimental validation, we show that the high thermoelectric performance originates from the significantly enhanced power factor because of the multi-valley band behaviour dominated by a unique near-edge conduction band with a sixfold valley degeneracy. This makes Te-doped Mg 3 Sb 1.5 Bi 0.5 a promising candidate for the low- and intermediate-temperature thermoelectric applications.
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