Computational Prediction of High Thermoelectric Performance in Hole Doped Layered GeSe

材料科学 热电效应 兴奋剂 功勋 热电材料 塞贝克系数 凝聚态物理 非谐性 热导率 电阻率和电导率 光电子学 工程物理 热力学 复合材料 电气工程 物理 工程类
作者
Shiqiang Hao,Fengyuan Shi,Vinayak P. Dravid,Mercouri G. Kanatzidis,Christopher Wolverton
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:28 (9): 3218-3226 被引量:139
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.6b01164
摘要

Thermoelectric materials enable direct conversion between thermal and electrical energy and provide a viable route for power generation and electric refrigeration. In this paper, we use first-principles based methods to predict a very high figure of merit (ZT) performance in hole doped GeSe crystals along the crystallographic b-axis, with maximum ZT ranging from 0.8 at 300 K to 2.5 at 800 K. This extremely high thermoelectric performance is due to a threefold synergy of properties in this material: (1) the exceptionally low lattice thermal conductivity in GeSe due to anharmonicity of vibrational modes, (2) the increased electrical conductivity due to hole doping and increased carrier concentration, and (3) an enhanced Seebeck coefficient via a multiband effect induced by hole doping. The predicted ZT results of hole-doped GeSe are higher than that of hole doped SnSe, which we have recently reported as having experimentally observed record-breaking thermoelectric efficiency. The overall ZT of hole doped GeSe crystals outperforms all current state-of-the-art thermoelectric materials, and this work provides an urgent computational materials prediction that is in need of experimental testing.
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