Synergistic modulation of electrical and thermal transport toward promising n-type MgOCuSbSe2 thermoelectric performance by MO-intercalated CuSbSe2

文献情報

出版日 2023-11-08
DOI 10.1039/D3CP03896C
インパクトファクター 3.676
著者

Lingyun Ye, Liuming Wei, Yu Hao, Mengyan Ge, Xiaobo Shi, Hanxing Zhang


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要旨

The layered ternary CuSbSe2 semiconductor with ultralow thermal conductivity is particularly suitable for thermoelectric applications. Nevertheless, its poor electrical conductivity greatly lowers the dimensionless figure of merit ZT and accordingly limits its thermoelectric applications. Here, we use first-principles calculations combined with semi-classical Boltzmann transport theory to evaluate the thermoelectric properties of MO-intercalated (M = Mg, Ca, Sr, and Ba) CuSbSe2. Compared with CuSbSe2, MO-intercalated CuSbSe2 semiconductors, as a new class of semiconductors, host distorted lattices with low symmetry monoclinic structures. Such a structure feature provides desired channels for electron transport between adjacent layers and accordingly enhances electrical transport properties. Meanwhile, the MO intercalation effectively softens phonons and gives rise to an ultralow lattice thermal conductivity in MOCuSbSe2. These synergistically yield a high figure of merit ZT of ∼4.17 for MgO-intercalated CuSbSe2 at 200 K with electron doping being n = 1018 cm−3. Our study provides an effective route to improve the thermoelectric performance of layered CuSbSe2 by designing new multicomponent thermoelectric compounds with alternatively stacked [CuSbSe2] (electronic conduction units) and [MO] (electronic insulation units) layers. The approach can be extended to similar chalcostibite compounds for screening and designing thermoelectric materials.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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