Exceptional figure of merit achieved in boron-dispersed GeTe-based thermoelectric composites

热电效应 材料科学 功勋 热导率 热电材料 塞贝克系数 复合材料 兴奋剂 声子 凝聚态物理 光电子学 热力学 化学 物理 有机化学
作者
Yilin Jiang,Bin Su,Jincheng Yu,Zhanran Han,Haihua Hu,Hua‐Lu Zhuang,Hezhang Li,Jinfeng Dong,Jingwei Li,Chao Wang,Zhen-Hua Ge,Jing Feng,Fu‐Hua Sun,Jing‐Feng Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50175-6
摘要

Abstract GeTe is a promising p-type material with increasingly enhanced thermoelectric properties reported in recent years, demonstrating its superiority for mid-temperature applications. In this work, the thermoelectric performance of GeTe is improved by a facile composite approach. We find that incorporating a small amount of boron particles into the Bi-doped GeTe leads to significant enhancement in power factor and simultaneous reduction in thermal conductivity, through which the synergistic modulation of electrical and thermal transport properties is realized. The thermal mismatch between the boron particles and the matrix induces high-density dislocations that effectively scatter the mid-frequency phonons, accounting for a minimum lattice thermal conductivity of 0.43 Wm −1 K −1 at 613 K. Furthermore, the presence of boron/GeTe interfaces modifies the interfacial potential barriers, resulting in increased Seebeck coefficient and hence enhanced power factor (25.4 μWcm −1 K −2 at 300 K). Consequently, we obtain a maximum figure of merit Z max of 4.0 × 10 −3 K −1 at 613 K in the GeTe-based composites, which is the record-high value in GeTe-based thermoelectric materials and also superior to most of thermoelectric systems for mid-temperature applications. This work provides an effective way to further enhance the performance of GeTe-based thermoelectrics.

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