Enhanced thermoelectric performance in AgSbTe2 with extremely low thermal conductivity via grain boundary defects

热导率 材料科学 晶界 热电效应 热电材料 电导率 复合材料 凝聚态物理 热力学 微观结构 化学 物理 物理化学
作者
Kaiqi Zhang,Jing Wang,Shuang Liu,Xiao Ji,Chenhao Gao,Bin Zhang,Guiwen Wang,Guoyu Wang,Yuqing Wang,Yun Zhou,Honghui Wang,Xu Lu,Xiaoyuan Zhou
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0255308
摘要

A delicate balance between high electrical conductivity and ultra-low glass-like thermal conductivity is critical for enhancing thermoelectric performance. Here, by introducing grain boundary trapping states into the AgSbTe2 matrix, the thermally activated release of carriers at elevated temperatures enhances electrical conductivity, while the increased barrier potential induces an energy filtering effect that sustains a high Seebeck coefficient. This synergistic optimization of electrical conductivity and Seebeck coefficient significantly enhances the power factor. Additionally, numerous point defects and a higher density of grain boundaries further enhance phonon scattering, resulting in a 33% reduction in glass-like thermal conductivity compared to the pristine sample. With enhanced power factor and reduced lattice thermal conductivity, Fe-doped AgSbTe2 achieves a remarkable peak zT of 1.8 at 623 K and an impressive zTavg of 1.4 over the temperature range of 323–623 K, showcasing its leading performance in the field. By selecting proper contact layer materials with matched thermal expansion coefficients, low interfacial resistivity was achieved, enabling a single-leg thermoelectric device with ∼10% efficiency under a 323 K temperature difference.
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