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SCOPUS
Unusual n-type thermoelectric properties of Bi<sub>2</sub>Te<sub>3</sub> doped with divalent alkali earth metals
저자
Byun, Sejin ; Cha, Joonil ; Zhou, Chongjian ; Lee, Yong Kyu ; Lee, Hyungseok ; Park, Sang Hyun ; Lee, Won Bo ; Chung, In
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2019
작성언어
-주제어
등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
396-400(5쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB>-based materials are a representative thermoelectric system operating near ambient temperature. Their n-type family is very limited and underperforms the p-type counterpart, which is a major concern in the thermoelectric community. Here we report that alkali earth metals (AE = Mg, Ca, Sr, Ba) in Group 2 unusually induce n-type thermoelectric properties in Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB>. Mg is the most efficient electron donor among them. The <I>x</I> = 0.01 sample of Mg<SUB> <I>x</I> </SUB>Bi<SUB>2-<I>x</I> </SUB>Te<SUB>3</SUB> (<I>x</I> = 0.005, 0.01, 0.015) system exhibits remarkably enhanced power factor and <I>ZT</I> of ~0.8 at 350 K in comparison with pristine Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB>. The improved performance is attributed to simultaneously enhanced electrical conductivity and reduced lattice thermal conductivity. Remarkably, Mg<SUB> <I>x</I> </SUB>Bi<SUB>2-<I>x</I> </SUB>Te<SUB>3</SUB> materials show larger Seebeck coefficients than those expected by the theoretical Pisarenko relation.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Doping divalent alkali earth metals unusually induces n-type conduction in thermoelectric Bi<SUB>2</SUB>Te<SUB>3</SUB>. </LI> <LI> Mg doping (0.5–1.5%) provides extra charge carriers to increase carrier concentration and electrical conductivity. </LI> <LI> n-type Mg<SUB> <I>x</I> </SUB>Bi<SUB>2-<I>x</I> </SUB>Te<SUB>3</SUB> exhibits larger Seebeck coefficients than those expected by the theoretical Pisarenko relation. </LI> <LI> 1% Mg doping simultaneously enhances power factor and suppresses thermal conductivity, giving a high <I>ZT</I> of ~0.8 at 350 K. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>1% Mg doping increases charge carrier concentration and electrical conductivity. As a result, remarkably high power factor near ambient temperature is obtained in n-type Mg<SUB>0.01</SUB>Bi<SUB>1.99</SUB>Te<SUB>3</SUB>. Coupled with reduced lattice thermal conductivity, a high <I>ZT</I> of ~0.8 at 350 K is achieved for n-type Mg<SUB>0.01</SUB>Bi<SUB>1.99</SUB>Te<SUB>3</SUB>.</P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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