Anisotropic Electron and Phonon Transport Properties in Pnictogen Chalcohalides: PnSI (Pn = Sb, Bi)

氮族元素 凝聚态物理 各向异性 功勋 材料科学 热电效应 声子 电子迁移率 塞贝克系数 电子 热导率 热电材料 超导电性 光电子学 物理 光学 热力学 量子力学 复合材料
作者
Prakash Govindaraj,Kowsalya Murugan,Kathirvel Venugopal
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (20): 10639-10651
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c01811
摘要

Semiconducting heavy pnictogen-containing chalcohalides are gaining wide attention in thermoelectrics, ascribed to their inherently low thermal conductivity. The present work uses first-principles computations to report the excellent thermoelectric performance of weak van der Waals 1D PnSI (Pn = Sb, Bi) crystals. Considering the substantial anisotropy in the crystal structure, the direction-dependent electron and phonon transport properties are studied. At 500 K, SbSI and BiSI exhibit ultralow lattice thermal conductivities (kL) of 0.260 W m–1 K–1 (0.428 W m–1 K–1) and 0.182 W m–1 K–1 (0.311 W m–1 K–1) along the x-direction (y-direction). Simultaneously, the moderate power factors of 4.03 (12.19) and 4.43 (7.91) mW m–1 K–2 are realized at specific hole concentrations under similar conditions. Eventually, the combination of ultralow kL and moderate power factor in the y-direction turned into excellent figure of merit, zT of 1.97 (1.78) and 2.71 (1.71) at 500 K with 7.0 × 1019 (2.7 × 1019) and 4.4 × 1019 (2.0 × 1019) cm–3 carriers for p-type (n-type) SbSI and BiSI, respectively. Therefore, both chalcohalides can rival the existing mid-temperature thermoelectric materials.
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