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

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作者
Zhiwei Chen,Binghui Ge,Wen Li,Siqi Lin,Jiaxu Shen,Yifan Chang,Riley Hanus,G. Jeffrey Snyder,Yanzhong Pei
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:8 (1) 被引量:356
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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