Divacancy and resonance level enables high thermoelectric performance in n-type SnSe polycrystals

塞贝克系数 材料科学 热电效应 热电材料 微晶 凝聚态物理 兴奋剂 电阻率和电导率 声子 光电子学 热导率 冶金 复合材料 热力学 电气工程 物理 工程类
作者
Yaru Gong,Wei Dou,Bochen Lu,Xuemei Zhang,Zhu He,Pan Ying,Qingtang Zhang,Yuqi Liu,Yanan Li,Xinqi Huang,Muhammad Faisal Iqbal,Shihua Zhang,Di Li,Yongsheng Zhang,Haijun Wu,Guodong Tang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48635-0
摘要

Abstract N -type polycrystalline SnSe is considered as a highly promising candidates for thermoelectric applications due to facile processing, machinability, and scalability. However, existing efforts do not enable a peak ZT value exceeding 2.0 in n -type polycrystalline SnSe. Here, we realized a significant ZT enhancement by leveraging the synergistic effects of divacancy defect and introducing resonance level into the conduction band. The resonance level and increased density of states resulting from tungsten boost the Seebeck coefficient. The combination of the enhanced electrical conductivity (achieved by increasing carrier concentration through WCl 6 doping and Se vacancies) and large Seebeck coefficient lead to a high power factor. Microstructural analyses reveal that the co-existence of divacancy defects (Se vacancies and Sn vacancies) and endotaxial W- and Cl-rich nanoprecipitates scatter phonons effectively, resulting in ultralow lattice conductivity. Ultimately, a record-high peak ZT of 2.2 at 773 K is achieved in n -type SnSe 0.92 + 0.03WCl 6 .
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