Chemical bond engineering toward extraordinary power factor and service stability in thermoelectric copper selenide

材料科学 多孔性 硒化物 热电效应 功勋 兴奋剂 化学工程 工程物理 光电子学 复合材料 冶金 热力学 工程类 物理
作者
Haihua Hu,Bin Su,Xiaodong Liu,Hao‐Cheng Thong,Yilin Jiang,Hezhang Li,Jingwei Li,Hua‐Lu Zhuang,Zhanran Han,Jincheng Yu,B. Layla Mehdi,Jing‐Feng Li
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:8 (2): 416-429 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.12.019
摘要

Summary

Porous structures can hinder phonon transport but inevitably deteriorate electrical and mechanical properties. In order to suppress the formation of pores, we propose a chemical bond engineering strategy to constrain the volatile Se in Cu2Se-based materials via applicable elemental substitution. Benefiting from the reduced porosity and successful dual doping, Cu vacancies and carrier mobility are optimized for the Gd2S3-added Cu1.99Se samples, leading to an ultrahigh power factor of ∼17.4 μW cm−1 K−2 at 1,000 K and a high figure of merit of ∼2.5 at 1,050 K. The fabricated segmented single-leg device maintains a high conversion efficiency of ∼9.0% and a power density of ∼636.3 mW cm−2 at ΔT = 516 K without obvious degradation over 110 cycles of stability tests. Our work demonstrates a paradigm to control the porosity caused by elemental volatilization, providing more opportunities to enhance both the thermoelectric performance and service stability.
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