Mg3(Bi,Sb)2single crystals towards high thermoelectric performance

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Yu Pan - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Mengyu Yao - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Xiaochen Hong - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Yifan Zhu - , Shanghai University (Autor:in)
  • Yifan Zhu - , CAS - Shanghai Institute of Ceramics (Autor:in)
  • Fengren Fan - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Kazuki Imasato - , Northwestern University (Autor:in)
  • Yangkun He - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Christian Hess - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Jörg Fink - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • Jörg Fink - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Jörg Fink - , Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Jiong Yang - , Shanghai University (Autor:in)
  • Bernd Büchner - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Chenguang Fu - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)
  • G. Jeffrey Snyder - , Northwestern University (Autor:in)
  • Claudia Felser - , Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (Autor:in)

Abstract

The rapid growth of the thermoelectric cooler market makes the development of novel room temperature thermoelectric materials of great importance. Ternary n-type Mg3(Bi,Sb)2 alloys are promising alternatives to the state-of-the-art Bi2(Te,Se)3 alloys but grain boundary resistance is the most important limitation. n-type Mg3(Bi,Sb)2 single crystals with negligible grain boundaries are expected to have particularly high zT but have rarely been realized due to the demanding Mg-rich growth conditions required. Here, we report, for the first time, the thermoelectric properties of n-type Mg3(Bi,Sb)2 alloyed single crystals grown by a one-step Mg-flux method using sealed tantalum tubes. High weighted mobility ∼140 cm2 V-1 s-1 and a high zT of 0.82 at 315 K are achieved in Y-doped Mg3Bi1.25Sb0.75 single crystals. Through both experimental angle-resolved photoemission spectroscopy and theoretical calculations, we denote the origin of the high thermoelectric performance from a point of view of band widening effect and electronegativity, as well as the necessity to form high Bi/Sb ratio ternary Mg3(Bi,Sb)2 alloys. The present work paves the way for further development of Mg3(Bi,Sb)2 for near room temperature thermoelectric applications.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)1717-1724
Seitenumfang8
FachzeitschriftEnergy and Environmental Science
Jahrgang13
Ausgabenummer6
PublikationsstatusVeröffentlicht - Juni 2020
Peer-Review-StatusJa