The thermoelectric properties of XTe (X = Ge, Sn and Pb) monolayers from first-principles calculations

单层 材料科学 热电效应 非谐性 凝聚态物理 声子 半导体 玻尔兹曼方程 玻尔兹曼常数 带隙 热电材料 热导率 光电子学 纳米技术 热力学 物理 复合材料
作者
Xin Liu,Dingbo Zhang,Yuanzheng Chen,Hui Wang,Kai Ou,Yudong Xia,Hongyan Wang,Yuxiang Ni
出处
期刊:Physica Scripta [IOP Publishing]
卷期号:97 (12): 125709-125709 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1402-4896/aca2f5
摘要

Abstract Thermoelectric (TE) materials are increasingly attracting the attention of researchers as new energy materials that are capable of converting thermal energy into electrical energy. In this work, combining first-principles calculations and the Boltzmann transport equation, the TE related properties of XTe (X = Ge, Sn and Pb) monolayers have been thoroughly studied. The calculated results show that XTe monolayers are indirect band gap semiconductors, and they possess small effective masses which lead to large carrier mobilities and high electrical conductivities. Except for p-type PbTe, the other XTe monolayers share extremely high PF, thanks to the high Seebeck coefficients and large electrical conductivity. Furthermore, owing to the low phonon group velocity and strong anharmonicity, the lattice thermal conductivities of SnTe and PbTe are quite low. At 500 K, the optimum figure of merit (ZT) values are calculated to be 1.26, 2.61 and 5.91 for GeTe, SnTe and PbTe respectively. The obtained ZT values of the XTe monolayers are larger than these of their bulk counterparts. These results qualify XTe monolayers as promising candidates for building outstanding TE devices.
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