High Carrier Mobility Promotes In‐Plane Thermoelectric Performance of n‐Type PbSnS2 Crystals

材料科学 热电效应 热电材料 电子迁移率 工程物理 光电子学 凝聚态物理 纳米技术 热力学 复合材料 热导率 物理 工程类
作者
Shaoping Zhan,Shulin Bai,Bingchao Qin,Yingcai Zhu,Siqi Wang,Dongrui Liu,Tao Hong,Xiang Gao,Lei Zheng,Yi Wen,Li‐Dong Zhao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (46) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202406428
摘要

Abstract PbSnS 2 crystals have the advantage of high performance and low cost as emerging thermoelectric materials. Herein, thermoelectric properties of PbSnS 2 crystals are substantially boosted through the strategy of lattice plainification to manipulate micro‐defect. By introducing Ni elements into n‐type PbSnS 2 , the intrinsic Pb/Sn cation vacancies are compensated by Ni, achieving a plainer lattice and higher carrier mobility. Meanwhile, the charge density is enhanced due to the orbital hybridization between the 3d orbital of Ni and the 3p orbital of the neighboring S, further facilitating the carrier transport. Consequently, an ultrahigh carrier mobility of ≈312 cm 2 V −1 s −1 in n‐type PbSnS 2 +0.0010Ni crystal is obtained with a largely enhanced ZT of ≈0.6 at 300 K along the in‐plane direction, and a maximum ZT of ≈1.2 can be obtained at 473 K. Moreover, a 7‐pair thermoelectric device composed of n‐type PbSnS 2 +0.0010Ni crystal and p‐type commercial Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 is fabricated, which can produce a cooling temperature difference of ≈19.4 K. And a single‐leg device composed of the PbSnS 2 +0.0010Ni crystal realizes a maximum power generation efficiency of ≈2.7%. The work further optimizes the low‐cost and earth‐abundant PbSnS 2 crystals as potential application candidates in thermoelectric cooling and power generation.
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