Lateral transition-metal dichalcogenide heterostructures for high efficiency thermoelectric devices

异质结 材料科学 热电效应 单层 热电材料 塞贝克系数 过渡金属 光电子学 纳米技术 热导率 凝聚态物理 复合材料 化学 热力学 物理 生物化学 催化作用
作者
Sathwik Bharadwaj,Ashwin Ramasubramaniam,L. R. Ram-Mohan
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (32): 11750-11759 被引量:1
标识
DOI:10.1039/d2nr01609e
摘要

Increasing demands for renewable sources of energy has been a major driving force for developing efficient thermoelectric materials. Two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenides (TMDC) have emerged as promising candidates for thermoelectric applications due to their large effective mass and low thermal conductivity. In this article, we study the thermoelectric performance of lateral TMDC heterostructures within a multiscale quantum transport framework. Both $n$-type and $p$-type lateral heterostructures are considered for all possible combinations of semiconducting TMDCs: MoS$_2$, MoSe$_2$, WS$_2$, and WSe$_2$. The band alignment between these materials is found to play a crucial in enhancing the thermoelectric figure-of-merit ($ZT$) and power factor far beyond those of pristine TMDCs. In particular, we show that the room-temperature $ZT$ value of $n$-type WS$_2$ with WSe$_2$ triangular inclusions, is five times larger than the pristine WS$_2$ monolayer. $p$-type MoSe$_2$ with WSe$_2$ inclusions is also shown to have a room-temperature $ZT$ value about two times larger than the pristine MoSe$_2$ monolayer. The peak power factor values calculated here, are the highest reported amongst gapped 2D monolayers at room temperature. Hence, 2D lateral TMDC heterostructures open new avenues to develop ultra-efficient, planar thermoelectric devices.
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