Chemically Switchable n-Type and p-Type Conduction in Bismuth Selenide Nanoribbons for Thermoelectric Energy Harvesting

材料科学 碲化铋 热电效应 热电材料 拓扑绝缘体 带隙 光电子学 热传导 异质结 纳米技术 凝聚态物理 热导率 热力学 物理 复合材料
作者
Yucheng Xiong,Guoqing Zhou,Nien‐Chu Lai,Xiaomeng Wang,Yi‐Chun Lu,Oleg V. Prezhdo,Dongyan Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (2): 2791-2799 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c08685
摘要

Realizing switchable n-type and p-type conduction in bismuth selenide (Bi2Se3), a traditional thermoelectric material and a topological insulator, is highly beneficial for the development of thermoelectric devices and also of great interest for spintronics and quantum computing. In this work, switching between n-type and p-type conduction in single Bi2Se3 nanoribbons is achieved by a reversible copper (Cu) intercalation method. Density functional theory calculations reveal that such a switchable behavior arises from the electronic band structure distortion caused by the high-concentration Cu intercalation and the Cu substitution for Bi sites in the host lattice. A proof-of-concept in-plane thermoelectric generator is fabricated with one pair of the pristine n-type and intercalated p-type Bi2Se3 nanoribbons on a microfabricated device, which gives rise to an open-circuit voltage of 4.8 mV and a maximum output power of 0.3 nW under a temperature difference of 29.2 K. This work demonstrates switchable n-type and p-type electrical conduction in Bi2Se3 nanoribbons via a facile chemical approach and the practical application of nanoribbons in a thermoelectric device.
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