Enhanced thermoelectric efficiency of monolayer InP3 under strain: a first-principles study

材料科学 热电效应 凝聚态物理 热电材料 单层 热导率 带隙 半导体 极限抗拉强度 塞贝克系数 复合材料 纳米技术 光电子学 热力学 物理
作者
Sonu Prasad Keshri,Amal Medhi
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:33 (22): 225701-225701 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1361-648x/abe799
摘要

Abstract We study the thermoelectric properties of monolayer indium triphosphide (InP 3 ) under uniaxial compressive and tensile strains using density functional theory in conjunction with Boltzmann transport formalism. InP 3 is a recently predicted two-dimensional (2D) material with a host of interesting multi-functional properties. Though InP 3 is a low lattice thermal conductivity material, its thermoelectric figure of merit, ZT is found to be low. We thoroughly examined how its thermoelectric transport properties evolve under external strain. We find that the tensile ( t ) and compressive ( c ) strains have contrasting effects on the transport coefficients, both leading to the same effect of enhancing the ZT value strongly. While t -strain enhances the power factor dramatically, c -strain gives rise to an ultra-low lattice thermal conductivity. Both these effects lead to an enhancement of ZT value at high temperatures by an order of magnitude compared to the corresponding value for free InP 3 . The maximum ZT value of InP 3 at 800 K is found to be ∼0.4 under t -strain and ∼0.32 under c -strain, values which are comparable to those observed for some of the leading 2D thermoelectric materials. Another finding relevant to optoelectronic properties is that under c -strain the material shows a transition from an indirect to a direct band gap semiconductor with an accompanying increase in the valley degeneracy. The structural, electronic, and thermal properties of the material are thoroughly analyzed and discussed.

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