Microscopic origin of the high thermoelectric figure of merit of n-doped SnSe

Autor(es)

Chaves, Anderson S. ^[1] ; Larson, Daniel T. ^[2] ; Kaxiras, Efthimios ^{[2, 3]} ; Antonelli, Alex ^{[1, 4]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Estadual Campinas, Gleb Wataghin Inst Phys, POB 13083-859, Campinas, SP - Brazil

^[2] Harvard Univ, Dept Phys, Cambridge, MA 02138 - USA

^[3] Harvard Univ, John A Paulson Sch Engn & Appl Sci, Cambridge, MA 02138 - USA

^[4] Univ Estadual Campinas, Ctr Comp Engn & Sci, POB 13083-859, Campinas, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: Physical Review B; v. 104, n. 11 SEP 24 2021.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

Excellent thermoelectric performance in the out-of-layer n-doped SnSe has been observed experimentally {[}Chang et al., 160. 778 (2018)]. However, a first-principles investigation of the dominant scattering mechanisms governing all thermoelectric transport properties is lacking. In the present paper, by applying extensive first-principles calculations of electron-phonon coupling associated with parameterized calculation of the scattering by ionized impurities, we investigate the reasons behind the superior figure of merit as well as the enhancement of zT above 600 K in n-doped out-of-layer SnSe, as compared to p-doped SnSe with similar carrier densities. For the n-doped case, the relaxation time is dominated by ionized impurity scattering and increases with temperature, a feature that maintains the power factor at high values at higher temperatures and simultaneously causes the carrier thermal conductivity at zero electric current (k(e1)) to decrease faster for higher temperatures, leading to an ultrahigh-zT = 3.1 at 807 K. We rationalize the roles played by k(el) and K-0 (the thermal conductivity due to carrier transport under isoelectrochemical conditions) in the determination of zT. Our results show the ratio between K-0 and the lattice thermal conductivity indeed corresponds to the upper limit for zT, whereas the difference between calculated zT and the upper limit is proportional to K-e1. (AU)

• Processo FAPESP: 19/26088-8 - Estudo da dopagem dos compostos calcogênios As2Se3 e As2S3 através de cálculos de primeiros princípios
• Beneficiário: Anderson Silva Chaves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 16/23891-6 - Modelagem computacional da matéria condensada
• Beneficiário: Alex Antonelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/26105-4 - EMU concedido no processo 2016/23891-6 cluster computacional de alto desempenho
• Beneficiário: Alex Antonelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais
• Beneficiário: Munir Salomao Skaf
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 15/26434-2 - Estudo das Proriedades eletrônicas, estruturais e de transporte de materiais para aplicações termoelétricas através de cálculos ab initio
• Beneficiário: Anderson Silva Chaves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 10/16970-0 - Modelagem computacional da matéria condensada: uma abordagem em múltiplas escalas
• Beneficiário: Alex Antonelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático