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Synergetic Enhancement of Thermoelectric Performance by Selective Charge Anderson Localization–Delocalization Transition in n-Type Bi-Doped PbTe/Ag2Te Nanocomposite
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2019-02-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b08579 Min Ho Lee 1, 2 , Jae Hyun Yun 1 , Gareoung Kim 1 , Ji Eun Lee 3 , Su-Dong Park 3 , Heiko Reith 2 , Gabi Schierning 2 , Konelius Nielsch 2 , Wonhee Ko 4 , An-Ping Li 4 , Jong-Soo Rhyee 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2019-02-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsnano.8b08579 Min Ho Lee 1, 2 , Jae Hyun Yun 1 , Gareoung Kim 1 , Ji Eun Lee 3 , Su-Dong Park 3 , Heiko Reith 2 , Gabi Schierning 2 , Konelius Nielsch 2 , Wonhee Ko 4 , An-Ping Li 4 , Jong-Soo Rhyee 1
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Considerable efforts have been devoted to enhancing thermoelectric performance, by employing phonon scattering from nanostructural architecture, and material design using phonon-glass and electron-crystal concepts. The nanostructural approach helps to lower thermal conductivity but has limited effect on the power factor. Here, we demonstrate selective charge Anderson localization as a route to maximize the Seebeck coefficient while simultaneously preserving high electrical conductivity and lowering the lattice thermal conductivity. We confirm the viability of interface potential modification in an n-type Bi-doped PbTe/Ag2Te nanocomposite and the resulting enhancement in thermoelectric figure-of-merit ZT. The introduction of random potentials via Ag2Te nanoparticle distribution using extrinsic phase mixing was determined using scanning tunneling spectroscopy measurements. When the Ag2Te undergoes a structural phase transition (T > 420 K) from monoclinic β-Ag2Te to cubic α-Ag2Te, the band gap in the α-Ag2Te increases due to the p–d hybridization. This results in a decrease in the potential barrier height, which gives rise to partial delocalization of the electrons, while wave packets of the holes are still in a localized state. Using this strategic approach, we achieved an exceptionally high thermoelectric figure-of-merit in n-type PbTe materials, a ZT greater than 2.0, suitable for waste heat power generation.
中文翻译：
n型双掺杂PbTe / Ag 2 Te纳米复合材料中选择性电荷安德森本地化-去本地化转变对热电性能的协同增强。
通过利用纳米结构体系中的声子散射，以及采用声子玻璃和电子晶体概念的材料设计，人们已经做出了巨大的努力来提高热电性能。纳米结构方法有助于降低热导率，但对功率因数的影响有限。在这里，我们展示了选择性电荷安德森定位作为最大化塞贝克系数的途径，同时又保留了高电导率并降低了晶格热导率。我们证实了在n型Bi掺杂的PbTe / Ag 2 Te纳米复合材料中界面电势修饰的可行性以及由此产生的热电品质因数ZT的增强。通过Ag引入随机势使用扫描隧道光谱法测量确定了使用非本征相混合的2 Te纳米颗粒分布。当银2碲经历结构相变（Ť > 420 K）从斜晶系β-的Ag 2碲立方α银2碲，在α银带隙2由于p Te越大- d杂交。这导致势垒高度的减小，这导致电子的部分离域，而空穴的波包仍处于局部状态。使用这种战略方法，我们在n型PbTe材料（ZT）中获得了极高的热电品质因数 大于2.0，适用于余热发电。
更新日期：2019-02-08
中文翻译：
n型双掺杂PbTe / Ag 2 Te纳米复合材料中选择性电荷安德森本地化-去本地化转变对热电性能的协同增强。
通过利用纳米结构体系中的声子散射，以及采用声子玻璃和电子晶体概念的材料设计，人们已经做出了巨大的努力来提高热电性能。纳米结构方法有助于降低热导率，但对功率因数的影响有限。在这里，我们展示了选择性电荷安德森定位作为最大化塞贝克系数的途径，同时又保留了高电导率并降低了晶格热导率。我们证实了在n型Bi掺杂的PbTe / Ag 2 Te纳米复合材料中界面电势修饰的可行性以及由此产生的热电品质因数ZT的增强。通过Ag引入随机势使用扫描隧道光谱法测量确定了使用非本征相混合的2 Te纳米颗粒分布。当银2碲经历结构相变（Ť > 420 K）从斜晶系β-的Ag 2碲立方α银2碲，在α银带隙2由于p Te越大- d杂交。这导致势垒高度的减小，这导致电子的部分离域，而空穴的波包仍处于局部状态。使用这种战略方法，我们在n型PbTe材料（ZT）中获得了极高的热电品质因数 大于2.0，适用于余热发电。
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