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Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics

热电材料 热电冷却 热电效应 材料科学 开尔文探针力显微镜 凝聚态物理 功勋 塞贝克系数 硒化物 无量纲量 工程物理 光电子学 纳米技术 热力学 物理 冶金 原子力显微镜
作者
Dongrui Liu,Dongyang Wang,Tao Hong,Ziyuan Wang,Yuping Wang,Yongxin Qin,Lizhong Su,Tianyu Yang,Xiang Gao,Zhen‐Hua Ge,Bingchao Qin,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:380 (6647): 841-846 被引量:279
标识
DOI:10.1126/science.adg7196
摘要

Thermoelectric technology has been widely used for key areas, including waste-heat recovery and solid-state cooling. We discovered tin selenide (SnSe) crystals with potential power generation and Peltier cooling performance. The extensive off-stoichiometric defects have a larger impact on the transport properties of SnSe, which motivated us to develop a lattice plainification strategy for defects engineering. We demonstrated that Cu can fill Sn vacancies to weaken defects scattering and boost carrier mobility, facilitating a power factor exceeding ~100 microwatts per centimeter per square kelvin and a dimensionless figure of merit (ZT) of ~1.5 at 300 kelvin, with an average ZT of ~2.2 at 300 to 773 kelvin. We further realized a single-leg efficiency of ~12.2% under a temperature difference (ΔT) of ~300 kelvin and a seven-pair Peltier cooling ΔTmax of ~61.2 kelvin at ambient temperature. Our observations are important for practical applications of SnSe crystals in power generation as well as electronic cooling.
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