High-Performance n-Type Ge-Free Silicon Thermoelectric Material from Silicon Waste

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Zhenhui Liu - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Qihao Zhang - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Ulrike Wolff - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Christian G.F. Blum - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Ran He - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Amin Bahrami - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Maximilian Beier-Ardizzon - , Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (Autor:in)
  • Christian Reimann - , Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (Autor:in)
  • Jochen Friedrich - , Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (Autor:in)
  • Heiko Reith - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Gabi Schierning - , Universität Bielefeld (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Professur für Metallische Werkstoffe und Metallphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

Silicon waste (SW), a byproduct from the photovoltaic industry, can be a prospective and environmentally friendly source for silicon in the field of thermoelectric (TE) materials. While thermoelectricity is not as sensitive toward impurities as other semiconductor applications, the impurities within the SW still impede the enhancement of the thermoelectric figure of merit, zT. Besides, the high thermal conductivity of silicon limits its applications as a TE material. In this work, we employ traditionally metallurgical methods in industry reducing the impurities in SW to an extremely low level in an environmentally friendly and economical way, and then the thermal conductivity of purified silicon is greatly reduced due to the implementation of multiscale phonon scattering without degrading the power factor seriously. Benefiting from these strategies, from 323 to 1123 K, for the sample made from purified silicon waste, the average zT, relevant for engineering application, is increased to 0.32, higher than that of the state-of-the-art n-type Ge-free bulk silicon materials made from commercially available silicon, but the total cost of our samples is negligible.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)47912-47920
Seitenumfang9
FachzeitschriftACS Applied Materials and Interfaces
Jahrgang13
Ausgabenummer40
PublikationsstatusVeröffentlicht - 13 Okt. 2021
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 34586775

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

ASJC Scopus Sachgebiete

Schlagwörter

  • Ge-free, multiscale phonon scattering, n-type silicon, silicon waste, thermoelectric material