Vacancy-induced dislocations within grains for high-performance PbSe thermoelectrics

热电材料 凝聚态物理 声子 热电效应 材料科学 空位缺陷 声子散射 热导率 散射 晶体缺陷 晶界 位错 功勋 光电子学 微观结构 光学 物理 复合材料 热力学
作者
Zhiwei Chen,Binghui Ge,Wen Li,Siqi Lin,Jiawen Shen,Yunjie Chang,Riley Hanus,G. Jeffrey Snyder,Yanzhong Pei
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1): 13828-13828 被引量:487
标识
DOI:10.1038/ncomms13828
摘要

To minimize the lattice thermal conductivity in thermoelectrics, strategies typically focus on the scattering of low-frequency phonons by interfaces and high-frequency phonons by point defects. In addition, scattering of mid-frequency phonons by dense dislocations, localized at the grain boundaries, has been shown to reduce the lattice thermal conductivity and improve the thermoelectric performance. Here we propose a vacancy engineering strategy to create dense dislocations in the grains. In Pb1-xSb2x/3Se solid solutions, cation vacancies are intentionally introduced, where after thermal annealing the vacancies can annihilate through a number of mechanisms creating the desired dislocations homogeneously distributed within the grains. This leads to a lattice thermal conductivity as low as 0.4 Wm-1 K-1 and a high thermoelectric figure of merit, which can be explained by a dislocation scattering model. The vacancy engineering strategy used here should be equally applicable for solid solution thermoelectrics and provides a strategy for improving zT.
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