Band engineering and rational design of high-performance thermoelectric materials by first-principles

材料科学 热电材料 热电效应 合理设计 材料设计 工程物理 纳米技术 机械工程 工程类 热导率 热力学 物理 复合材料
作者
Lili Xi,Jiong Yang,Lihua Wu,Jihui Yang,Wenqing Zhang
出处
期刊:Journal of Materiomics [Elsevier]
卷期号:2 (2): 114-130 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jmat.2016.05.004
摘要

Understanding and manipulation of the band structure are important in designing high-performance thermoelectric (TE) materials. Our recent work has involved the utilization of band structure in various topics of TE research, i.e., the band convergence, the conductive network, dimensionality reduction by quantum effects, and high throughput material screening. In non-cubic chalcopyrite compounds, we revealed the relations between structural factors and band degeneracy, and a simple unity-η rule was proposed for selecting high performance diamond-like TE materials. Based on the deep understanding of the electrical and thermal transport, we identified the conductive network in filled skutterudites with the "phonon glass-electron crystal" (PGEC) paradigm, and extended this concept to caged-free Cu-based diamond-like compounds. By combining the band structure calculations and the Boltzmann transport theory, we conducted a high-throughput material screening in half-Heusler (HH) systems, and several promising compositions with high power factors were proposed out of a large composition collection. At last, we introduced the Rashba spin-splitting effect into thermoelectrics, and its influence on the electrical transport properties was discussed. This review demonstrated the importance of the microscopic perspectives for the optimization and design of novel TE materials.

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