Thermoelectric properties of Bi2Te3 films with low-angle grain boundaries formed through high pulse current density

热电效应 晶界 塞贝克系数 材料科学 电流密度 声子散射 热电材料 电子迁移率 电场 光电子学 复合材料 热导率 微观结构 热力学 物理 量子力学
作者
Mingdi Lan,Shang Sun,Shiying Liu,Guojian Li,Sun Xiao,Qiang Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:484: 149519-149519 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.149519
摘要

Current applications of thermoelectric (TE) materials are limited by their low conversion efficiency. Interfacial engineering is a common way to improve TE properties. This study employed a pulsed electric field to tune the grain interfacial structure of Bi2Te3 films and thereby improve their power factor. The high-angle grain boundaries of the as-deposited films were transformed into low-angle grain boundaries (LAGBs) by the electrostatic force of a high pulse current density. The low interfacial energy of LAGBs maintains high carrier mobility while their reduced defects result in a low carrier concentration. These effects improve the Seebeck coefficient and conductivity simultaneously, with the power factor reaching 5394.77 μW·m−1·K−2 at 513 K. In addition, the compression stress generated by LAGBs enhances phonon scattering, creating a film with the highest power density yet reported (1.31 W·m−2). This provides a method for using PEF to improve the performance of TE materials.

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