Semiclassical electron and phonon transport from first principles: application to layered thermoelectrics

Autor(es)

Chaves, Anderson S. ; Pizzochero, Michele ; Larson, Daniel T. ; Antonelli, Alex ; Kaxiras, Efthimios

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF COMPUTATIONAL ELECTRONICS; v. N/A, p. 29-pg., 2023-06-21.

Resumo

Thermoelectrics are a promising class of materials for renewable energy owing to their capability to generate electricity from waste heat, with their performance being governed by a competition between charge and thermal transport. A detailed understanding of energy transport at the nanoscale is thus of paramount importance for developing efficient thermoelectrics. Here, we provide a comprehensive overview of the methodologies adopted for the computational design and optimization of thermoelectric materials from first-principles calculations. First, we introduce density-functional theory, the fundamental tool to describe the electronic and vibrational properties of solids. Next, we review charge and thermal transport in the semiclassical framework of the Boltzmann transport equation, with a particular emphasis on the various scattering mechanisms between phonons, electrons, and impurities. Finally, we illustrate how these approaches can be deployed in determining the figure of merit of tin and germanium selenides, an emerging family of layered thermoelectrics that exhibits a promising figure of merit. Overall, this review article offers practical guidelines to achieve an accurate assessment of the thermoelectric properties of materials by means of computer simulations. (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: 10/16970-0 - Modelagem computacional da matéria condensada: uma abordagem em múltiplas escalas
• 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: 16/23891-6 - Modelagem computacional da matéria condensada
• Beneficiário: Alex Antonelli
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• 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