Surprisingly good thermoelectric performance of a black phosphorus/blue phosphorus van der Waals heterostructure

黑磷 范德瓦尔斯力 热电效应 异质结 材料科学 化学 热力学 光电子学 物理 冶金 有机化学 分子
作者
Rui Hu,Zhichao Zhou,Caiyu Sheng,L. Wang,J. H. Liu,S H Han,Huijun Liu
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:22 (39): 22390-22398 被引量:24
标识
DOI:10.1039/d0cp03125a
摘要

Thermoelectric properties of a black phosphorus/blue phosphorus van der Waals heterostructure are investigated by using first-principles calculations and Boltzmann transport theory for both electrons and phonons. It is found that the heterostructure is both energetically and kinetically stable even at higher temperature. Compared with those of the constituent black and blue phosphorus monolayers, the thermoelectric performance of the heterostructure is significantly enhanced due to sharply decreased thermal conductivity caused by the presence of van der Waals interactions, as well as obviously reduced band gaps and multi-valley structures resulting from type-II band alignment. As a consequence, the room temperature ZT value can reach 1.6, which is much higher than those of the components. Furthermore, we obtain ZT over 2.0 in a wide temperature range from 400 to 800 K, and a maximum ZT of ∼3.2 can be realized at 700 K, which is surprisingly good for systems consisting of light elements only.
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