High-performance eco-friendly MnTe thermoelectrics through introducing SnTe nanocrystals and manipulating band structure

材料科学 热电效应 塞贝克系数 热电材料 声子散射 纳米晶 热导率 带隙 光电子学 电子能带结构 凝聚态物理 纳米技术 复合材料 热力学 物理
作者
Houquan Deng,Xunuo Lou,Wenqi Lu,Jian Zhang,Di Li,Shuang Li,Qingtang Zhang,Xuemei Zhang,Xiang Chen,Dewei Zhang,Yongsheng Zhang,Guodong Tang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:81: 105649-105649 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105649
摘要

MnTe, which is comprised of earth-abundant and environmentally friendly elements, shows great potential for waste heat recovery in the moderate temperature range. However, its low carrier concentration limits its thermoelectric performance. Here, we achieved ultrahigh thermoelectric performance of MnTe by manipulating band structure and introducing SnTe nanocrystals. We found that incorporation of SnTe exerts a high band convergence in the electronic structure of MnTe, leading to remarkable enhancement of Seebeck coefficient. The Seebeck coefficient was greatly enhanced compared with previously reported doped MnTe. Furthermore, the carrier concentration can be optimized simultaneously by introducing SnTe. The large Seebeck coefficient combined with increased electrical conductivity give rise to high power factor ~1230 μWm−1 K−2. Meanwhile, SnTe nanocrystals help to achieve highly effective phonon scattering leading to markedly reduced lattice thermal conductivity. The proposed novel strategy decouples electron and phonon transport of MnTe, contributing to a record high ZT of ~1.4 at 873 K for the Mn1.06Te-2% SnTe material. Our finding promotes MnTe-based materials as a robust candidate for waste heat recovery at medium temperature.

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